NESY036B September   2021  – April 2023 BQ25125 , LM5123-Q1 , LMR43610 , LMR43610-Q1 , LMR43620 , LMR43620-Q1 , TPS22916 , TPS3840 , TPS62840 , TPS63900 , TPS7A02

 

  1.   1
  2.   概覽
  3.   摘要
  4.   影響 IQ 的因素
  5.   低 IQ 為何產生新挑戰
    1.     瞬態回應
    2.     漣波
    3.     雜訊
    4.     晶粒尺寸與解決方案面積
    5.     洩漏與低於閾值的操作
  6.   如何打破低 IQ 障礙
    1.     解決瞬態回應問題
    2.     解決切換雜訊問題
    3.     解決其他雜訊問題
    4.     解決晶粒尺寸與解決方案面積問題
    5.     解決洩漏與低於閾值的操作問題
  7.   電氣特性
    1.     18
    2.     避免低 IQ 設計中的潛在系統陷阱
    3.     實現低 IQ 但不犧牲靈活性
    4.     減少外部零組件數以降低汽車應用中的 IQ
    5.     智慧使用或在智慧使用支援低 IQ 的啟用功能,或啟用在系統層級支援低 IQ 的功能
  8.   結論
  9.   低 IQ的重要產品類別

解決晶粒尺寸與解決方案面積問題

奈米功率穩壓器中面積最大的區塊之一為電流參考,負責產生 1 到 10 nA 腳。電流參考區外中的電流偏壓產生區域受電阻器元件影響。若在值較小的電阻器中採用較小的電壓偏壓,將可降低電阻器值。有一種技術可在組成參考偏壓電路時產生 ΔVgst/R 或 ΔVbe/R 電路。

圖 15 說明近乎零溫度係數偏壓電流的聰明執行方式,其中透過電阻器 R1 與 Rbias 中的些許電壓偏壓來產生正負係數溫度偏壓電流。

  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
圖 15 低面積 1nA 電流參考的電路圖。GUID-20220614-SS0I-5DJC-CRMG-W3Q0WLWSTTVZ-low.gif

這些技術可降低被動面積,並可顯著減少晶粒面積。將 IQ 乘以最小封裝面積 FOM 是比較這類技術面積效率的最佳方式。TPS7A02 裝置在 2019 年推出 1-mm x 1-mm 的矩形平面無引腳封裝 (DQN),2021 年則推出晶圓晶片尺寸封裝 (WCSP) 版本。此 LDO 為業界最低的 IQ 封裝面積效率 FOM 之一,僅為 <10 nA-mm2圖 16 說明 TPS7A02 的傳統 0402 電容器與 DQN 和 WCSP 封裝並排比較結果。

GUID-20210902-SS0I-0G6K-ZVFN-RJV6HCXV2G6W-low.gif 圖 16 DQN 封裝、0402 電容器與 WCSP 封裝的 TPS7A02 大小並排比較。

若以類似減少面積技術來提供電壓監控器,所遇到的主要挑戰會是如何感測 >10V 的電壓,並仍能讓 IQ 等級 <0.5µA。結合對受監控電壓的電容式感測和取樣保持技術,將可縮小晶粒面積並改善反應時間。TPS3840 奈米功率高輸入電壓監控器的 IQ <350nA,直接監控 10V 軌時重置傳播延遲可低至 15μs。

GUID-20210902-SS0I-RVCT-RMG8-1JKG4LZQBFX3-low.gif 圖 17 奈安培充電器系統的系統級圖。

節省機板空間最有效的方式之一,式將在單一晶粒中整合更多功能。這樣的功能整合可讓監控器、參考系統、LDO、電池充電器與 DC/DC 轉換器等區塊共用基礎區塊,並可減少綜合 IQ圖 17 說明電池充電管理 IC BQ25125 的能力,其以 I2C 整合並靈活控制多個低 IQ 功能,具有將整個電力管理系統帶進可穿戴裝置、量測與汽車感測器 IoT 應用的重要優勢。