기술기고문
디지털 IC 전원을 위한 듀얼 선형 레귤레이터로 하드웨어 변경 없이 출력 조정 및 동적 헤드룸 최적화 가능
글: 앤디 라도세비치(Andy Radosevich) 선임 애플리케이션 엔지니어 / 아나로그디바이스(Analog Devices, Inc.)
머리말
저전압강하(LDO) 선형 레귤레이터는 종종 프로세서 코어와 통신 회로에 깨끗한 전력을 제공하기 위해 사용된다. 이러한 애플리케이션에 특히 LDO 레귤레이터가 사용되는 이유는 프로세서와 전력 증폭기가 전원공급장치 출력 잡음과 부하 과도 응답에 대해 엄격한 성능 요구사항을 갖고 있기 때문이다. 때때로 이들 회로는 솔루션 크기를 최소화하기 위해 전류 정격 및 IC당 레일과 관련하여 적합한 LDO 레귤레이터를 필요로 한다.
일반적으로 LDO 레귤레이터는 출력 전압을 조정하기 위해 하드웨어 수정이 필요하지만, 규격이 계속 변경되는 경우 보드와 구성요소를 바꾸게 되면 개발 시간이 많이 늘어날 수 있다. 이럴 때, 출력 전압을 소프트웨어로 프로그래밍할 수 있는 LDO 레귤레이터는 시간과 비용을 줄여줄 수 있다.
하지만 LDO 레귤레이터 출력의 소프트웨어 제어는 문제 해결의 일부일 뿐이다. LDO 레귤레이터는 종종 스위칭 레귤레이터에 대한 포스트 레귤레이터로 사용된다. LDO 레귤레이터 관점에서 스위칭 레귤레이터는 입력 전압이 선형 레귤레이터에 도달하기 전에 입력 전압을 사전 조절하는 데 사용된다. 이상적으로는 스위칭 레귤레이터의 출력이 LDO 레귤레이터의 강하 전압보다 높은 적정 수준의 여유를 가지므로 LDO 레귤레이터는 가장 효율적인 영역에서 동작하고 과도 응답이 최적화된다. LDO 레귤레이터에 최적의 입력 전압을 유지하려면 스위칭 레귤레이터의 출력은 LDO 레귤레이터의 출력에 맞춰 조정되어야 한다. 이 역시 비용이 많이 드는 하드웨어 수정 없이 훌륭히 달성된다.
LT3072 듀얼 2.5A 선형 레귤레이터는 디지털 IC 전원의 까다로운 요건들을 만족하는 것은 물론 LT3072가 프리 레귤레이터 입력 전원 다음에 오는 경우에도 하드웨어에 독립적인 출력 전압 조정이 가능하다. LT3072는 UltraFast™ 과도 응답과 80mV의 낮은 강하 전압이 특징으로서, 부하가 빠르게 변할 때 엄격하게 조절되는 공급 전압을 쉽게 생성할 수 있다.
LT3072의 낮은 12µVrms 출력 잡음과 초고속 과도 응답은 단 10µF(1µF + 2.2µF + 6.8µF)의 출력 커패시턴스로 달성된다. 저잡음은 통신 또는 센서 회로에서 고성능을 유지하는 데 중요하다.
LT3072는 2개의 완전히 독립적인 2.5A LDO 레귤레이터를 단일 패키지에 통합하고 있다. LT3072의 0.6V ~ 2.5V 출력 전압 범위는 광범위한 디지털 IC 레일에 전력을 공급하기에 충분히 넓다. 각 채널의 출력 전압은 LT3072에 있는 몇 개의 3상태 핀을 설정하여 프로그래밍한다. 이 방법은 점퍼, 마이크로컨트롤러 또는 전력 시스템 관리(PSM) IC를 통해 손쉽게 수행할 수 있다.
저잡음 및 초고속 과도 응답을 제공하는 프로그래밍 가능한 듀얼 출력
그림 1은 엄격한 전력 요구사항을 갖는 디지털 IC 부하에 적합한 독립형 회로의 LT3072를 보여준다. 엄격한 전원 규격에서 중요한 요소의 하나는 그림 2 LT3072의 초고속 과도 응답에서 볼 수 있듯이 부하 과도 상태에 빠르게 응답할 수 있는 능력이다.
각 출력 값은 VO1B2, VO1B1, VO1B0 및 VO2B2, VO2B1, VO2B0의 세 가지 3상태 핀으로 프로그래밍한다. 각 3상태 핀은 접지나 부동에 의하거나(플로팅(floating) 하거나) 또는 전압을 핀에 인가하여 설정한다. 이러한 방식으로 출력을 0.6V에서 2.5V까지 프로그래밍할 수 있다.
프로그래밍된 공칭 전압을 설정하는 것 외에도, 입력 마지닝을 이용해 프로그래밍된 출력 전압에서 추가로 ±10%를 더 조정할 수 있다. 과도 응답 성능을 위한 헤드룸을 최적화하기 위해 각 입력 전압은 2.5V 및 0.6V 출력 전압보다 약간 높거나, 200mV 정도 더 높을 수 있다. 출력 전압 상태는 PWRGD 핀에 의해 표시되며, ±7% 정확도의 출력 전류 제한을 프로그래밍하는 출력 전류의 아날로그 모니터링을 위한 핀이 있다. 또한 다이 온도의 아날로그 모니터링을 위한 핀도 있다.
그림 1. 듀얼 채널 2.5A LT3072의 UltraFast 부하 과도 응답, 12µVrms 출력 잡음 및 80mV 강하 전압 특징은 엄격한 전력 요구사항을 갖는 디지털 IC의 요구를 만족한다. 이 회로도에서 3상태 VO1B2–0 및 VO2B2–0 핀이 각각 OUT1을 2.5V로, OUT2를 0.6V로 고정하는 것을 볼 수 있지만, 출력 전압은 이러한 핀의 상태를 변경하여 간단히 바꿀 수 있기 때문에 시간과 비용이 많이 드는 하드웨어 수정 없이 LT3072의 소프트웨어 제어가 가능하다.
그림 2. LT3072의 단일 출력에 대한 UltraFas) 과도 응답이 단 10µF(1µF + 2.2µF + 6.8µF)의 출력 커패시턴스로 마이크로초 내에 안정화되는 것을 보여준다. 중간 트레이스는 편위 진폭을 제한하기 위해 추가적인 커패시턴스를 사용할 수 있지만, 안정화 시간은 약간 더 길어진다는 것을 볼 수 있다.
프리 레귤레이터의 동적 제어
LT3072는 선행하는 스위처의 출력을 동적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 LDO 레귤레이터의 출력 전압을 즉시 조정할 수 있을 뿐 아니라 높은 효율과 빠른 부하 과도 응답을 유지하는 수준으로 입력 전압을 유지할 수 있다.
그림 3의 LT3072를 위한 프리 레귤레이터 전원은 LT8616 42V, 듀얼 1.5A/2.5A 동기식 모노리식 스텝다운 레귤레이터이다. 이 구성은 단일 3.6V ~ 42V 시스템 입력 전압 범위를 받아들일 수 있다. 이 솔루션에서 LT3072 OUT1의 프로그래밍 가능한 출력 범위는 0.6V ~ 1.8V까지이다. OUT1 채널은 VIOC를 사용하여 대응하는 LT8616 출력을 제어함으로써 LDO 레귤레이터가 최적의 효율과 과도 응답 변환 영역에서 동작하도록 유지한다. OUT1은 VO1B2-1 핀을 사용하여 0.6V ~ 1.8V까지 동적으로 조정할 수 있다.
OUT1 선형 레귤레이터 채널의 전류 제한은 1.8A로 설정된다. 이 값은 LT8616 채널 1의 1.5A 최대 출력 전류보다 약간 높다. OUT2는 0.6V로 고정되며 2.5A가 가능하고 3A 전류 제한을 갖는다.
LT3008-3.3은 LT3072에 BIAS를 제공한다. LT8616의 PG2(power good) 핀은 LT3072의 스타트업 전에 약간의 지연을 제공한다. 그림 4는 LDO 레귤레이터 입력을 사전 조절하는 스위처 채널을 동적으로 제어하는 LT3072를 보여준다.
그림 3. LT3072의 IN1 및 IN2는 듀얼 채널, 스텝다운 LT8616에 의해 사전 조절된다. LT3072의 VOIC1과 LT8616의 TR/SS1이 연결되어 있어 LT3072가 IN1 입력을 동적으로 사전 조절할 수 있으므로 최고의 효율과 부하 과도 성능을 달성할 수 있으며 하드웨어 변경 없이 LT3072 출력 전압을 조정할 수 있다.
그림 4. 그림 3 회로의 동적 테스트를 나타낸 것이다. 트레이스는 3상태 핀, VO1B2 및 VO1B1 (VO1B0은 접지됨)에 소프트웨어를 적용한 변경으로 LT3072의 OUT1에서 어떻게 전압 조정이 이루어지는지를 보여준다. 그러면 LT3072는 LDO 레귤레이터의 IN1 입력을 사전 조절하는 LT8616 채널 1 출력을 동적으로 제어한다. 이러한 방식으로 LDO 레귤레이터의 IN1에서의 전압은 LDO 레귤레이터의 OUT1에서 고정된 값을 유지한다. 이 전압 차는 최고의 효율 및 부하 과도 성능을 제공하며, 이 모든 것이 하드웨어 변경 없이 이루어진다.
결론
디지털 IC 전원을 위한 LT3072 듀얼 LDO 레귤레이터는 초고속 부하 과도 응답을 갖는 2개의 저잡음 채널로 구성된다. 2개의 출력 전압은 몇 개의 3상태 핀을 설정하여 프로그래밍하므로 저항이 필요 없다. LT3072에 대한 입력 전원이 프리 레귤레이터인 경우, LT3072 VIOC 기능을 사용하여 입력 전원을 제어함으로써 과도 응답 성능이나 효율을 떨어뜨리지 않으면서 출력 전압 프로그래밍을 동적으로 변경할 수 있다.
저자 소개
앤디 라도세비치(Andy Radosevich)는 아나로그디바이스의 선임 애플리케이션 엔지니어로서, Power by LinearTM 비절연, DC-DC, 선형 전압 및 전류 레귤레이터를 지원한다. 산호세대학에서 전력 전자공학 전공으로 M.S.E.E.를 받았다. 또한 모션 제어와 중소 제조 공정에 대한 배경 이력도 갖고 있다. 문의: andrew.radosevich@analog.com.
머리말
저전압강하(LDO) 선형 레귤레이터는 종종 프로세서 코어와 통신 회로에 깨끗한 전력을 제공하기 위해 사용된다. 이러한 애플리케이션에 특히 LDO 레귤레이터가 사용되는 이유는 프로세서와 전력 증폭기가 전원공급장치 출력 잡음과 부하 과도 응답에 대해 엄격한 성능 요구사항을 갖고 있기 때문이다. 때때로 이들 회로는 솔루션 크기를 최소화하기 위해 전류 정격 및 IC당 레일과 관련하여 적합한 LDO 레귤레이터를 필요로 한다.
일반적으로 LDO 레귤레이터는 출력 전압을 조정하기 위해 하드웨어 수정이 필요하지만, 규격이 계속 변경되는 경우 보드와 구성요소를 바꾸게 되면 개발 시간이 많이 늘어날 수 있다. 이럴 때, 출력 전압을 소프트웨어로 프로그래밍할 수 있는 LDO 레귤레이터는 시간과 비용을 줄여줄 수 있다.
하지만 LDO 레귤레이터 출력의 소프트웨어 제어는 문제 해결의 일부일 뿐이다. LDO 레귤레이터는 종종 스위칭 레귤레이터에 대한 포스트 레귤레이터로 사용된다. LDO 레귤레이터 관점에서 스위칭 레귤레이터는 입력 전압이 선형 레귤레이터에 도달하기 전에 입력 전압을 사전 조절하는 데 사용된다. 이상적으로는 스위칭 레귤레이터의 출력이 LDO 레귤레이터의 강하 전압보다 높은 적정 수준의 여유를 가지므로 LDO 레귤레이터는 가장 효율적인 영역에서 동작하고 과도 응답이 최적화된다. LDO 레귤레이터에 최적의 입력 전압을 유지하려면 스위칭 레귤레이터의 출력은 LDO 레귤레이터의 출력에 맞춰 조정되어야 한다. 이 역시 비용이 많이 드는 하드웨어 수정 없이 훌륭히 달성된다.
LT3072 듀얼 2.5A 선형 레귤레이터는 디지털 IC 전원의 까다로운 요건들을 만족하는 것은 물론 LT3072가 프리 레귤레이터 입력 전원 다음에 오는 경우에도 하드웨어에 독립적인 출력 전압 조정이 가능하다. LT3072는 UltraFast™ 과도 응답과 80mV의 낮은 강하 전압이 특징으로서, 부하가 빠르게 변할 때 엄격하게 조절되는 공급 전압을 쉽게 생성할 수 있다.
LT3072의 낮은 12µVrms 출력 잡음과 초고속 과도 응답은 단 10µF(1µF + 2.2µF + 6.8µF)의 출력 커패시턴스로 달성된다. 저잡음은 통신 또는 센서 회로에서 고성능을 유지하는 데 중요하다.
LT3072는 2개의 완전히 독립적인 2.5A LDO 레귤레이터를 단일 패키지에 통합하고 있다. LT3072의 0.6V ~ 2.5V 출력 전압 범위는 광범위한 디지털 IC 레일에 전력을 공급하기에 충분히 넓다. 각 채널의 출력 전압은 LT3072에 있는 몇 개의 3상태 핀을 설정하여 프로그래밍한다. 이 방법은 점퍼, 마이크로컨트롤러 또는 전력 시스템 관리(PSM) IC를 통해 손쉽게 수행할 수 있다.
저잡음 및 초고속 과도 응답을 제공하는 프로그래밍 가능한 듀얼 출력
그림 1은 엄격한 전력 요구사항을 갖는 디지털 IC 부하에 적합한 독립형 회로의 LT3072를 보여준다. 엄격한 전원 규격에서 중요한 요소의 하나는 그림 2 LT3072의 초고속 과도 응답에서 볼 수 있듯이 부하 과도 상태에 빠르게 응답할 수 있는 능력이다.
각 출력 값은 VO1B2, VO1B1, VO1B0 및 VO2B2, VO2B1, VO2B0의 세 가지 3상태 핀으로 프로그래밍한다. 각 3상태 핀은 접지나 부동에 의하거나(플로팅(floating) 하거나) 또는 전압을 핀에 인가하여 설정한다. 이러한 방식으로 출력을 0.6V에서 2.5V까지 프로그래밍할 수 있다.
프로그래밍된 공칭 전압을 설정하는 것 외에도, 입력 마지닝을 이용해 프로그래밍된 출력 전압에서 추가로 ±10%를 더 조정할 수 있다. 과도 응답 성능을 위한 헤드룸을 최적화하기 위해 각 입력 전압은 2.5V 및 0.6V 출력 전압보다 약간 높거나, 200mV 정도 더 높을 수 있다. 출력 전압 상태는 PWRGD 핀에 의해 표시되며, ±7% 정확도의 출력 전류 제한을 프로그래밍하는 출력 전류의 아날로그 모니터링을 위한 핀이 있다. 또한 다이 온도의 아날로그 모니터링을 위한 핀도 있다.
그림 1. 듀얼 채널 2.5A LT3072의 UltraFast 부하 과도 응답, 12µVrms 출력 잡음 및 80mV 강하 전압 특징은 엄격한 전력 요구사항을 갖는 디지털 IC의 요구를 만족한다. 이 회로도에서 3상태 VO1B2–0 및 VO2B2–0 핀이 각각 OUT1을 2.5V로, OUT2를 0.6V로 고정하는 것을 볼 수 있지만, 출력 전압은 이러한 핀의 상태를 변경하여 간단히 바꿀 수 있기 때문에 시간과 비용이 많이 드는 하드웨어 수정 없이 LT3072의 소프트웨어 제어가 가능하다.
그림 2. LT3072의 단일 출력에 대한 UltraFas) 과도 응답이 단 10µF(1µF + 2.2µF + 6.8µF)의 출력 커패시턴스로 마이크로초 내에 안정화되는 것을 보여준다. 중간 트레이스는 편위 진폭을 제한하기 위해 추가적인 커패시턴스를 사용할 수 있지만, 안정화 시간은 약간 더 길어진다는 것을 볼 수 있다.
프리 레귤레이터의 동적 제어
LT3072는 선행하는 스위처의 출력을 동적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 LDO 레귤레이터의 출력 전압을 즉시 조정할 수 있을 뿐 아니라 높은 효율과 빠른 부하 과도 응답을 유지하는 수준으로 입력 전압을 유지할 수 있다.
그림 3의 LT3072를 위한 프리 레귤레이터 전원은 LT8616 42V, 듀얼 1.5A/2.5A 동기식 모노리식 스텝다운 레귤레이터이다. 이 구성은 단일 3.6V ~ 42V 시스템 입력 전압 범위를 받아들일 수 있다. 이 솔루션에서 LT3072 OUT1의 프로그래밍 가능한 출력 범위는 0.6V ~ 1.8V까지이다. OUT1 채널은 VIOC를 사용하여 대응하는 LT8616 출력을 제어함으로써 LDO 레귤레이터가 최적의 효율과 과도 응답 변환 영역에서 동작하도록 유지한다. OUT1은 VO1B2-1 핀을 사용하여 0.6V ~ 1.8V까지 동적으로 조정할 수 있다.
OUT1 선형 레귤레이터 채널의 전류 제한은 1.8A로 설정된다. 이 값은 LT8616 채널 1의 1.5A 최대 출력 전류보다 약간 높다. OUT2는 0.6V로 고정되며 2.5A가 가능하고 3A 전류 제한을 갖는다.
LT3008-3.3은 LT3072에 BIAS를 제공한다. LT8616의 PG2(power good) 핀은 LT3072의 스타트업 전에 약간의 지연을 제공한다. 그림 4는 LDO 레귤레이터 입력을 사전 조절하는 스위처 채널을 동적으로 제어하는 LT3072를 보여준다.
그림 3. LT3072의 IN1 및 IN2는 듀얼 채널, 스텝다운 LT8616에 의해 사전 조절된다. LT3072의 VOIC1과 LT8616의 TR/SS1이 연결되어 있어 LT3072가 IN1 입력을 동적으로 사전 조절할 수 있으므로 최고의 효율과 부하 과도 성능을 달성할 수 있으며 하드웨어 변경 없이 LT3072 출력 전압을 조정할 수 있다.
그림 4. 그림 3 회로의 동적 테스트를 나타낸 것이다. 트레이스는 3상태 핀, VO1B2 및 VO1B1 (VO1B0은 접지됨)에 소프트웨어를 적용한 변경으로 LT3072의 OUT1에서 어떻게 전압 조정이 이루어지는지를 보여준다. 그러면 LT3072는 LDO 레귤레이터의 IN1 입력을 사전 조절하는 LT8616 채널 1 출력을 동적으로 제어한다. 이러한 방식으로 LDO 레귤레이터의 IN1에서의 전압은 LDO 레귤레이터의 OUT1에서 고정된 값을 유지한다. 이 전압 차는 최고의 효율 및 부하 과도 성능을 제공하며, 이 모든 것이 하드웨어 변경 없이 이루어진다.
결론
디지털 IC 전원을 위한 LT3072 듀얼 LDO 레귤레이터는 초고속 부하 과도 응답을 갖는 2개의 저잡음 채널로 구성된다. 2개의 출력 전압은 몇 개의 3상태 핀을 설정하여 프로그래밍하므로 저항이 필요 없다. LT3072에 대한 입력 전원이 프리 레귤레이터인 경우, LT3072 VIOC 기능을 사용하여 입력 전원을 제어함으로써 과도 응답 성능이나 효율을 떨어뜨리지 않으면서 출력 전압 프로그래밍을 동적으로 변경할 수 있다.
저자 소개
앤디 라도세비치(Andy Radosevich)는 아나로그디바이스의 선임 애플리케이션 엔지니어로서, Power by LinearTM 비절연, DC-DC, 선형 전압 및 전류 레귤레이터를 지원한다. 산호세대학에서 전력 전자공학 전공으로 M.S.E.E.를 받았다. 또한 모션 제어와 중소 제조 공정에 대한 배경 이력도 갖고 있다. 문의: andrew.radosevich@analog.com.
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