Oblast aplikačních procesorů, zahrnující čipy s integrovaným jádrem, pamětí, podporou videa či funkcemi UI a využívané ve smartphonech, tabletech, netboocích či elektronických systémech pro automobily, tzv. infotainmentu, je v současné době jedním z nejrychleji se rozvíjejících segmentů elektroniky jako takové. Jediný integrovaný obvod – aplikační procesor –, například ten od Freescale, Marvell či jiné firemní řešení rovnou na zakázku (in-house), je tak „napěchován“ funkcemi, pro které si žádá nezávislé napájecí zdroje, vyhrazené jeho jádru, vstupům / výstupům (I/O), paměti či perifériím. Stojíme tedy před nesnadným úkolem zajistit na omezeném prostoru, s vysokou účinností a s přihlédnutím k docela širkokému vstupnímu rozsahu všechny tyto napájecí hladiny. Třeba takový tablet si vyžádá konverzi napájení z USB, automobilové baterie i svého vestavěného Li-ion článku.

 

 

Díky svým osmi regulovaným výstupům proto může obvod LTC3589 dobře vyhovět aplikačnímu procesoru i jeho požadavkům na napájení. Podporuje totiž jádro procesoru spolu s napěťovými úrovněmi vstupů / výstupů, SRAM, paměť, nízkopříkonový režim standby nebo další periferní struktury i úrovně systémového napětí. Osm zdrojů obvodu LTC3589 bude naprosto nezávislých, nicméně díky jednoduchému propojení pinů (pin strapping) lze klidně řešit i nezbytné sekvence. Stejně tak dochází ke zjednodušení celkového návrhu napájení, uvážíme – li celou řadu integrovaných řídicích prvků velkého významu, včetně

 

 

 

 

Třebaže vlastnosti vetknuté obvodu LTC3589 zcela jistě pomohou návrhu daného systému i jeho optimalizaci, byl v prvé řadě navržen ke generování osmi nezávislých výstupů s regulací napětí. Struktura nabídne žádoucí kombinaci LDO a spínaných regulátorů s výstupními proudy od 25 mA až do 1,6 A a napěťovými úrovněmi výstupů od méně než 1 V až do 5 V. Čtyři výstupy přitom obsahují DAC reference, řízené prostřednictvím I2C, pro dynamické škálování napětí.

 

 

Vestavěné, nízkopříkonové a 25 mA LDO může napájet obvody, vyžadující trvalý zdroj napětí, zatímco se systém nachází v režimu standby, jako např. hodiny reálného času. LDO přitom dokáže vyrobit výstup od 0,8 V až do úrovně vstupního napájení, přesně dle nastavení odporovým děličem. „Neustále žijící“ LDO pracují, dokud bude LTC3589 připojen ke vstupnímu napájení. LTC3589 na svém vstupu a v režimu standby spotřebovává proud jen 8 μA a to i v případě, kdy stále funkční LDO pracují.

 

Tři další LDO, každý s možností dodávky 250 mA, se dobře hodí k „živení“ analogových funkcí systému, např. smyček fázového závěsu, D/A a A/D převodníků či jako univerzální výstupy. 250 mA LDO se smí napájet ze zdroje napětí nižšího než je primární vstup, takže lze snižovat výkonovou spotřebu na LDO. Za normálních okolností tudíž spínané měniče u LTC3589 napájí LDO. Dva z LDO mají pevné či prostřednictvím rozhraní I2C volitelné výstupní napětí. Třetí zase využívá vnější zpětnovazební rezistory spolu s 5bitovou referencí DAC k nastavení svého výstupu prostřednictvím příkazového registru I2C.

 

LTC3589 byl navržen tak aby běžel v mezích vstupního napěťového rozsahu 2,7 V až 5,5 V. Abychom dále mohli vyhovět požadavkům struktur, vyžadujících hladinu 3,3 V nebo 5 V, nabídne LTC3589 vysoce účinný spínaný měnič typu buck-boost s výstupním napětím od 1,8 V až do 5 V, dle nastavení odporového děliče. Měnič buck-boost přitom podpoří zátěže až do 1,2 A. Díky sériovému portu I2C může být nastaven do nízkopříkonového provozního režimu Burst Mode, snižujícího výkonovou ztrátu v případě výstupních režimů s nízkým odběrem.

 

 

Plný počet výstupů pak už jen doplňují tři snižující (buck) regulátory. Výstupní napětí, i v tomto případě definovaná vnějšími děliči složenými z rezistorů, mohou zasahovat již od minimálního referenčního napětí DAC až do velikosti vstupního napájení, kde zmíněné měniče pracují v režimu dropout.

 

V návaznosti na požadavky dané aplikace lze každý provozní režim snižujících měničů definovat s využitím příkazových registrů I2C. Odpovídající účinnost včetně malého zvlnění v případě širokého provozního rozsahu výstupních proudů nabídne režim pulse-skipping. Nejvyšší účinnost pro případ malých odběrů zase podpoří Burst Mode. Dojde – li tedy k nastavení provozního režimu Burst Mode, bude snižující měnič automaticky přecházet mezi řízením Burst Mode pro malá zatížení a nepřetržitým spínaným režimem pro případ vyšších zatížení výstupu. Volba vynuceného spojitého módu znamená nejnižší zvlnění výstupního napětí, ovšem za cenu účinnosti. Každý pracovní mód snižujícího měniče lze nezávisle volit prostřednictvím příkazových registrů I2C.

 

 

 

Vzhledem k tomu, že bateriově živená zařízení tráví spoustu času v režimech standby či jiných low power módech, budou mikroprocesory pravděpodobně těžit z možností dynamického škálování napětí s cílem snížit výkonovou ztrátu při spínání na základě snížení napájecího napětí procesoru. LTC3589 podporuje dynamické škálování napětí, tzv. DVS (Dynamic Voltage Scaling), na jednom z LDO a všech třech snižujících měničích.

 

 

Každý škálovatelný regulátor obvodu LTC3589 využívá ve spojitosti se zpětnou vazbou a referencí z DAC dvě napětí (body nastavení) v příkazových registrech I2C a volitelnou rychlost přeběhu mezi vysokou a nízkou úrovní napětí – viz obr. 3. Přechod mezi cílovými napěťovými hladinami se pro všechny regulátory spouští prostřednictvím pinu VSTBY, příp. pro jednotlivé regulátory na základě příkazových registrů I2C.

 

Škálovatelné LDO a snižující měniče mají nezávisle řízená referenční napětí DAC. Rozsah referenčního napětí zde nabývá hodnot od 0,3625 V až do 0,75 V a to ve 31 krocích o velikosti 12,5 mV. Výstupní napětí měniče je tak škálováno od referenčního napětí s využitím zpětnovazebního odporového děliče z výstupu měniče na jeho zpětnovazební vstup. Po zapnutí napájení se každý DAC defaultně nastaví na referenčních 0,675 V, takže lze s ohledem na zvýšení výkonnosti procesoru nebo pro účely dalšího nastavení zdroje, tzv. marginingu, navyšovat výstupní napětí od výchozího výstupu o 10 %.

 

Při snižování napětí budou snižující měniče automaticky přepnuty do vynuceného spojitého módu a jsou tudíž schopny odvádět proud ze zátěže. Ke stažení výstupu LDO, „opřeného“ o DAC, se zase použije rezistor 2 k, zapojený mezi výstup a zem. Na výběr máme čtyři rychlosti přeběhu – změny reference –, od 0,88 V/ms až do 7 V/ms, vše opět přes příkazový registr I2C.

 

 

Dokončení příště.