ZHCY154B September   2021  – April 2023 BQ25125 , LM5123-Q1 , LMR43610 , LMR43610-Q1 , LMR43620 , LMR43620-Q1 , TPS22916 , TPS3840 , TPS62840 , TPS63900 , TPS7A02

 

  1.   1
  2.   概述
  3.   内容概览
  4.   IQ 的影响因素
  5.   为何低 IQ 会带来新的挑战
    1.     瞬态响应
    2.     纹波
    3.     噪声
    4.     芯片尺寸和解决方案面积
    5.     泄漏和亚阈值操作
  6.   如何打破低 IQ障碍
    1.     解决瞬态响应问题
    2.     解决开关噪声问题
    3.     解决其他噪声问题
    4.     解决芯片尺寸和解决方案面积问题
    5.     解决泄漏和亚阈值操作问题
  7.   电气特性
    1.     18
    2.     避免低 IQ 设计中潜在的系统缺陷
    3.     实现低 IQ,但不失去灵活性
    4.     减少外部元件数量,从而降低汽车应用中的 IQ
    5.     支持系统级低 IQ 的智能开启或启用功能
  8.   结语
  9.   低 IQ 的主要产品类别

解决芯片尺寸和解决方案面积问题

在纳米功力稳压器中面积最大的模块之一是电流基准,该基准负责生成 1 至 10nA 的偏置支路。电流基准模块内的电流偏置生成面积由电阻器元件决定。在低值电阻器上施加较小的电压偏置,可减小电阻器值。在形成基准偏置电流时,可以通过一项技术来生成 ΔVgst/R 或 ΔVbe/R 电路。

图 15 显示了一种巧妙的偏置电流实现方式,其温度系数几乎为零,通过电阻器 R1 和 Rbias之间较小的电压偏置来创建正负系数温度偏置电流。

  1. V G S T = 2 × V T × l n N
  2. I b = 2 × V T × l n N R b i a s + V G S 6 R 1
图 15 小面积 1nA 电流基准的电路图。GUID-20220614-SS0I-5DJC-CRMG-W3Q0WLWSTTVZ-low.gif

这些技术实现了更小的无源面积,并有效地缩小了芯片面积。IQ 乘以最小封装面积 FOM 是比较此类技术面积效率的最佳方法。TPS7A02 器件于2019年发布了 1mm x 1mm 双平面无引线(Dual Flat No-Lead DQN) 封装,而其对应的 晶片级封装(Wafer Chip Scale Package WCSP) 于 2021 年发布。LDO 拥有行业最低的 IQ-封装面积-效率 FOM,小于 10 nA-mm2图 16 展示了典型 0402 电容器与为 TPS7A02 提供的 DQN 和 WCSP 封装的并排比较。

GUID-20210902-SS0I-0G6K-ZVFN-RJV6HCXV2G6W-low.gif 图 16 采用 DQN 封装、0402 电容器和 WCSP 封装时 TPS7A02 的尺寸并排比较。

当将类似的面积减小技术应用于电源电压监控器时,面临的主要挑战是如何检测高于 10V 的电压并仍然实现低于 0.5µA 的 IQ 水平。受控电压的电容式感应与采样保持技术相结合,可以减小芯片面积,并缩短响应时间。TPS3840 毫微功耗高输入电压监控器具有小于 350nA 的 IQ,从而实现了低至 15μs 的复位传播延迟,同时能够直接监控 10V 电压轨。

GUID-20210902-SS0I-RVCT-RMG8-1JKG4LZQBFX3-low.gif 图 17 纳安级充电器系统的系统级图。

节省电路板面积的有效方法之一是将更多功能集成到单个芯片上。这种集成使监控器、基准系统、LDO、电池充电器和直流/直流转换器等模块能够共享通用构建块,同时减小总 IQ 大小。 图 17 展示了 BQ25125 电池充电管理 IC 通过 I2C 集成和灵活控制多种低 IQ 的功能,I2C 为该器件提供了一项关键优势,能够将整个电源管理系统部署到可穿戴设备、计量和汽车传感器物联网应用中。