嵌入式系统电源设计决巧，搞定电压转换!

　高效能的嵌入式系统电源电路设计一般比较复杂，设计人员在设计独特的多重电压级时需满足精准的电压、电流、纹波、噪声滤波、同步化、软启动和电源分隔等要求。本文根据硬件设计大侠在一些嵌入式系统电源电路设计技巧，整理出嵌入式系统电源设计秘籍，9大电压转换诀窍!奉献给EEPW网友们，在嵌入式电源电路的设计中好好把握，也让大家节省设计所需的宝贵时间。

　　1.高瞻远瞩，需细思量：FPGA系统，DSP系统，包括现在风头正劲的ARM为主的32位微处理器嵌入式系统都是多电源低电压供电。此外，对于采用电池供电的便携式嵌入式系统的电源来说，还要有电源管理的考虑。

　　嵌入式系统电源设计的好坏直接决定了系统设计的成败。出现电源设计问题的原因一方面是由于设计者硬件设计经验不足;另一方面是集成稳压芯片品种繁多、手册说明不规范，特别是有些厂商LDO,以及DC-DC转换器的说明使用，让人似懂非懂。

　　2.知己知彼，掌握秘籍：

　　嵌入式系统电源一般有这么几种类型的电源引脚：用于向内核供电，一般为3.3V，1.8V;分别给PLL、振荡器、复位电路，包括ADC部分供电，一般为3.3V，2.5V，2.0V，1.8V，1.5V，1.2V等;分别用于给外设I/O口线、USB收发器以及外部总线接口I/O口线供电，一般为3.3V，2.5V,1.8V等。系统的键盘、显示电路的供电电压需要+5V电源。通过对整个控制系统的控制要求和性能进行分析，一般系统的负载电流大约为3A以上，一般的系统需要使用至少3组以上的电源供电。

　　随着尺寸的减小，晶体管击穿电压变得更低，最终，当击穿电压低于电源电压时，就要求减小电源电压。因此，随着速度的提高和复杂程度的上升，对于高密度器件而言，不可避免的后果就是电源电压将从5V降至3.3V，甚至1.8V，1.2V等。

　　因此，作为系统电源设计人员，面临着连接5V和3.3V，1.8V等电压转换的的任务。这个任务不仅包括逻辑电平转换，同时还包括为3.3V系统供电、转换模拟信号使之跨越1.2V/1.8V/3.3V/5V的障碍。

　　秘籍：看懂下面的图1，神马多嵌入式电源电压转换就是浮云!

　　图1：不同电压电平转换的阀值

　　图1显示了不同电源电压和器件技术的阈值电平。为了成功连接两个器件，必须符合以下要求：

　　①.驱动器的VOH必须高于接收器的VIH。

　　②.驱动器的VOL必须低于接收器的VIL。

　　③.驱动器的输出电压不得超过接收器的I/O电压容差。

　　3.九大诀窍，分而治之：

　　①5V至3.3V转换完全可以用LDO稳压器解决

　　如果电路负载电流不大对效率无要求的设计，可以使用简单稳定的线性稳压器。如果电流需求较高的话，可能就需要开关稳压器解决方案。对成本敏感的应用，也可能需要简单的分立式二极管稳压器。

　　图2：几种电源性能比较

　　标准三端线性稳压器的压差通常是2.0-3.0V。要把5V可靠地转换为3.3V，压差为几百个毫伏的低压降(LowDropout，LDO)稳压器，是此类应用的理想选择。LDO内部由四个主要部分组成：1.导通晶体管2.带隙参考源3.运算放大器4.反馈电阻分压器。

　　诀窍：在选择LDO时，重要的是要知道如何区分各种LDO。器件的静态电流、封装大小和型号是重要的器件参数。根据具体应用来确定各种参数，将会得到最优的设计。如下图采用LM1117-3.3V(AMS1117)供电

　　图3：低压差LDO的5V到3.3V的典型运用

　②从5V电源向3.3V系统供电诀窍—正确使用开关稳压器

　　如图4所示，降压开关稳压器是一种基于电感的转换器，用来把输入电压源降低至幅值较低的输出电压。输出稳压是通过控制MOSFETQ1的导通(ON)时间来实现的。由于MOSFET要么处于低阻状态，要么处于高阻状态(分别为ON和OFF)，因此高输入源电压能够高效率地转换成较低的输出电压。

　　图4：开关稳压器件在降压电路的使用

　　诀窍：在选择开关稳压器时，在使用开关稳压芯片时，对于连接两个工作电压不同的器件时，必须要知道其各自的输出、输入阈值。知道阈值之后，可根据应用的其他需求选择器件的连接方法。图5是大侠们所使用的输出、输入阈值一个列表。在设计连接时，请务必参考制造商的数据手册以获得实际的阈值电平。

　　图5：典型输出、输入阈值列表

　　③3V到5V使用MOS管转换方案

　　如果5V输入的VIH比3.3VCMOS器件的VOH要高，则驱动任何这样的5V输入就需要额外的电路。

　　图6：所示为低成本的双元件解决方案

　　诀窍：在选择R1的阻值时，需要考虑两个参数，即：输入的开关速度和R1上的电流消耗。当把输入从0切换到1时，需要计入因R1形成的RC时间常数而导致的输入上升时间、5V输入的输入容抗以及电路板上任何的杂散电容。输入开关速度可通过下

　　式计算：TSW=3xR1x(CIN+CS)。

　　④3V到5V可以尝试用电压比较器。如图7：

图7：3V到5V使用电压