電池供電系統(tǒng)中正越來越多地采用集成電源開關(guān),，旨在斷開所有未用子系統(tǒng),。這些應(yīng)用包括RF功率放大器,、無線局域網(wǎng)(WLAN)或藍牙 模塊、LCD顯示器等等,，其目的是減少漏電流,，或者通過一個穩(wěn)定電源來配電。在諸如通信基礎(chǔ)設(shè)施的非便攜式應(yīng)用中,，人們現(xiàn)在更多地考慮使用負載開關(guān),，目的是要對系統(tǒng)總功耗進行優(yōu)化，以符合節(jié)能或者綠色環(huán)保規(guī)定,?！?/p>
本文將討論在無線應(yīng)用中對負載進行開關(guān)操作時您需要考慮的一些重要規(guī)范。我們還會介紹一些傳統(tǒng)的解決方案,，并表明如何使用集成負載開關(guān)來創(chuàng)建一種經(jīng)過優(yōu)化且易于實施的解決方案,。
大多數(shù)便攜式電池供電無線應(yīng)用(移動電話、便攜式消費類電子產(chǎn)品,、筆記本電腦或者其他使用WLAN,、藍牙或任何其他無線協(xié)議的便攜式設(shè)備)以及越來越多在電磁場環(huán)境(例如：RF微波子系統(tǒng)等)下工作的非電池供電應(yīng)用都面臨如何管理其未用子系統(tǒng)功耗的挑戰(zhàn)。這樣做的目的是在符合嚴格的空間和成本規(guī)定的同時優(yōu)化其功耗預(yù)算,。
降低系統(tǒng)總功耗預(yù)算普遍使用的一種簡單方法是關(guān)閉那些未使用的子系統(tǒng),。通過在電源軌上安裝一個負載開關(guān)并在需要的時候連接和斷開該電源軌可以輕松地實現(xiàn)上述方法。例如,，我們可以在不使用的時候關(guān)閉某個WLAN電源模塊,，從而消除子系統(tǒng)漏電帶來的電流損耗。使用同樣的方法,，越來越多的移動電話廠商往往會關(guān)閉閑置未使用的RF功率放大器,，因為其存在大量的漏電流。在許多通信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中,，一些子系統(tǒng)會在夜間關(guān)閉以降低總漏電,，因為夜間的數(shù)據(jù)處理要求并沒有晝間那么高。
負載開關(guān)離散實施一般包括一個功率MOSFET(通常為一個p-通道FET,，但也可根據(jù)應(yīng)用需要使用n-通道),，其門極偏置以獲得要求的性能。MOSFET偏置電路通常包括一個NMOS以兼容低壓控制信號,，但為了提高功率FET的性能其構(gòu)造更加復(fù)雜(例如：一個充電泵),。
理想情況下，您應(yīng)該有一個與其輸入一致的負載開關(guān)輸出,。但是,，在實際運行中，由于存在開關(guān)的寄生效應(yīng),，輸出信號改變了,。
要想設(shè)計一款基于負載開關(guān)的解決方案,，下面是一些您需要考慮的最為重要的參數(shù)：
●rON–通FET漏極到源極的導(dǎo)通狀態(tài)電阻
●IMAX和IPLS – 最大連續(xù)電流及最大脈沖電流
●tRISE – 上升時間
●VIH/VIL – 控制閾值
●ICC和ISHUTDOWN – 靜態(tài)電流和關(guān)斷電流
●輸出放電特性
導(dǎo)通電阻明顯是一個關(guān)鍵規(guī)范，因為它決定了流經(jīng)FET的壓降情況,。低額定電流(<200mA)的應(yīng)用并不需要非常低的導(dǎo)通電阻,，然而高電流的一些應(yīng)用通常會要求較低的rON FET，目的是最小化壓降和相關(guān)功耗,。流經(jīng)開關(guān)的電壓損耗情況可通過公式來進行簡單的計算,。
除了設(shè)計人員要對其進行開關(guān)操作的最大連續(xù)電流以外，考慮開關(guān)能夠接受的最大脈沖電流也至關(guān)重要,。在無線應(yīng)用中,，一些負載由溫和的連續(xù)電流組成，而這些電流的后面緊跟著RF功率放大器帶來的電流脈沖,。例如,，占空比為12.5%時，576μS時間內(nèi)GSM/GPRS突發(fā)傳輸會吸取高達1.7A的電流,。因此，對設(shè)計進行一定調(diào)整以符合這類脈沖電流要求很重要,。
您需要考慮的另一個重要參數(shù)是開關(guān)首次開啟時產(chǎn)生的浪涌電流,。如果自由開啟開關(guān)，同時也取決于輸出電容的大小程度,，開關(guān)輸出會出現(xiàn)大浪涌電流帶來的電源軌壓降,，而其最終將影響整個系統(tǒng)的功能性。避免出現(xiàn)這種浪涌電流的一種簡單方法是延長開關(guān)的上升時間,。這樣便可緩慢地對輸出電容器充電,，從而降低電流峰值。為了控制功率FET的上升時間,，可嘗試使用一個外部電阻-電容網(wǎng)絡(luò),。
另外,，開關(guān)從“開啟”轉(zhuǎn)換到“關(guān)閉”狀態(tài)時,，一些用戶不喜歡電源軌浮動。因此,，在關(guān)閉開關(guān)時,，可利用一個附加晶體管來下拉接地輸出。
考慮過這些重要問題以后,，對于一名經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員來說,，基于離散式半導(dǎo)體組件來實施一款對系統(tǒng)不同負載進行開關(guān)的解決方案就是一件十分簡單的事情了。但是,，從零開始實施這種解決方案可能會花費大量的時間,。更為重要的是,，從解決方案體積和成本的角度來看，其可能并非最佳,。一個基本負載開關(guān)包括由一個功率PMOS FET,、兩個NMOS FET、一個負載電阻(讓其兼容低壓邏輯信號,，并在閑置不用的時候?qū)壏烹?以及一個控制上升時間和避免浪涌電流的RC時間常數(shù)組成,。這種解決方案至少使用6個組件，并要求 8mm2到20 mm2以上的空間,，具體取決于導(dǎo)通電阻要求和所使用的封裝類型,。
為了減少設(shè)計工作量并縮短產(chǎn)品上市時間，半導(dǎo)體供應(yīng)商們推出了一些易于實施,、成熟,、完全合格的集成負載開關(guān)作為其系列產(chǎn)品的組成部分，例如：TPS22924C或者TPS22902等,。諸如此類的IC均具有我們前面介紹的單個超小型封裝特性,。用戶現(xiàn)在可以在減少90%板級空間需求的同時簡化其子系統(tǒng)負載管理，如圖1所示,。
圖：100-mOhm和10-mOhm開關(guān)要求離散式解決方案與負載開關(guān)IC空間分析對比
結(jié)論
使用集成負載開關(guān),，是實施分布式電源架構(gòu)并優(yōu)化子系統(tǒng)功耗管理的一種簡單方法。因其靈活性,、易于實現(xiàn)性,，以及更少的組件數(shù)目和更高的總可靠性——最終帶來更短的產(chǎn)品上市時間，集成負載開關(guān)解決了廣大設(shè)計人員面臨的諸多無線應(yīng)用難題,。