电子系统的电源电路设计

图书标准信息

• 作者 黄智伟 著
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2014-05
• 版次 01
• ISBN 9787121229527
• 定价 79.80元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 484页
• 字数 775千字
• 正文语种 简体中文
• 丛书 电子工程技术丛书

【内容简介】

电源电路是电子系统的重要组成部分。本书从工程设计要求出发，图文并茂地介绍了模拟电路的电源电路、RF（射频）系统的电源电路、ADC和DAC的电源电路、高速数字电路（FPGA）的电源电路、无线电源电路、开关稳压器电源电路、基准电压源/电流源等电源电路设计和制作中的一些方法和技巧，以及应该注意的问题，具有很好的工程性和实用性。

【作者简介】

黄智伟，男，1952年8月生，本科，教授。1975年湖南大学无线电技术专业毕业，现为南华大学电气工程学院通信工程教研室教师，曾担任衡阳市电子研究所所长、衡阳市专家委员会委员等职务。

【目录】

第1章  模拟电路的电路电源设计1
1．1  与电源有关的放大器参数1
1．1．1  电源电压和电流（VDD、VSS和IDD、IQ）1
1．1．2  电源抑制比（PSRR）1
1．1．3  电源抑制比参数kSVR3
1．1．4  绝对最大值4
1．1．5  推荐的工作条件5
1．1．6  电特性5
1．1．7  输入电压范围7
1．1．8  共模抑制比（CMRR）8
1．2  LDO线性稳压器电源电路11
1．2．1  LDO线性稳压器与DC-DC转换器的差异11
1．2．2  模数混合系统的放大器电源电路结构13
1．2．3  LDO线性稳压器简介16
1．2．4  选择LDO线性稳压器的基本原则18
1．2．5  LDO线性稳压器的参数20
1．2．6  LDO线性稳压器的噪声分析27
1．2．7  LDO线性稳压器的PSRR41
1．2．8  LDO线性稳压器电容选型48
1．2．9  线性稳压器输出电压公差分析57
1．3  线性稳压器电路设计实例61
1．3．1  可供选择的系列LDO线性稳压器产品61
1．3．2  ±15V输出的低噪声线性稳压器电路62
1．3．3  500mA 超低噪声、高PSRR射频LDO线性稳压器电路64
1．3．4  200mA 超低噪声、高PSRR射频LDO线性稳压器电路65
1．3．5  36V/1A/4．17V（RMS值）射频LDO线性稳压器电路66
1．3．6  2A输出电流RMS值6V噪声RF LDO线性稳压器68
1．3．7  -36V 1A超低噪声负电压线性稳压器电路71
1．3．8  -20V 200mA低噪声负电压线性稳压器电路72
1．3．9  低噪声快速瞬态响应1．5A LDO线性稳压器电路72
1．3．10  24V输入、50mA输出SC70封装LDO线性稳压器电路74
1．3．11  500nA超低静态电流150mA LDO线性稳压器电路75
1．3．12  1．25～125V可调输出电压700mA输出电流线性稳压器电路76
1．3．13  40V高压超低静态电流LDO线性稳压器电路78
1．3．14  500mA低压降CMOS线性稳压器电路78
1．3．15  3A输出电流、快速响应、高精确度的LDO线性稳压器79
1．3．16  具有反向电流保护功能的1%高准确度1A LDO线性稳压器电路80
1．3．17  无输出电容器150mA LDO线性稳压器电路81
1．3．18  极低输入极低压差2A LDO线性稳压器电路82
第2章  RF（射频）系统的电源电路设计84
2．1  RF系统的电源要求84
2．1．1  RF系统的电源管理84
2．1．2  RF系统的电源噪声控制87
2．1．3  手持设备射频功率放大器（RFPA）的供电电路92
2．2  RFPA电源电路设计96
2．2．1  基带和RFPA电源管理单元（PMU）96
2．2．2  用于RFPA的可调节降压DC-DC转换器98
2．2．3  具有MIPI＆reg; RFFE接口的RFPA降压DC-DC转换器107
2．2．4  用于3G和4G的RFPA降压-升压转换电路117
2．2．5  具有MIPI＆reg; RFFE接口的3G/4G RFPA降压-升压转换器121
2．2．6  300mA 3．6V RFPA电源电路124
第3章  ADC和DAC的电源电路设计126
3．1  ADC和DAC电源电路的结构形式126
3．1．1  开关稳压器＋低噪声LDO线性稳压器形式126
3．1．2  利用开关稳压器为ADC供电127
3．2  ADC和DAC电压基准的选择135
3．2．1  电压基准对ADC和DAC的影响135
3．2．2  选择电压基准源需要注意的一些问题136
3．2．3  可供选择的电压基准芯片138
3．3  ADC和DAC电压基准电路设计实例139
3．3．1  10位ADC基准电压电路139
3．3．2  12位ADC基准电压电路实例1139
3．3．3  12位ADC的电压基准电路实例2140
3．3．4  16位ADC基准电压电路140
3．3．5  18位ADC基准电压电路141
3．3．6  精密DAC电压基准141
3．4  通过调节电压基准来增加ADC的精度和分辨率142
3．4．1  采用多路开关调节电压基准的测量电路142
3．4．2  基准电压对ADC精度和分辨率的影响143
3．5  影响ADC的其他因素144
3．5．1  ADC的选择144
3．5．2  系统精度和分辨率145
3．6  模数混合电路PCB的分区与分割146
3．6．1  PCB按功能分区146
3．6．2  分割的隔离与互连149
3．7  模数混合电路的接地和电源PCB设计151
3．7．1  模拟地（AGND）和数字地（DGND）151
3．7．2  设计理想的接地和电源参考面158
3．7．3  模拟地和数字地分割159
3．7．4  采用“统一地平面”形式160
3．7．5  数字和模拟电源平面的分割161
3．7．6  最小化电源线和地线的环路面积162
3．8  模数混合系统的电源和接地布局示例164
3．8．1  温度测量系统的电源和接地布局示例164
3．8．2  ADC ADC774的电源和接地布局示例166
3．8．3  优化16位SAR ADC性能的PCB布局示例168
3．8．4  24位Δ-Σ ADC的电源和接地布局示例173
第4章  高速数字电路的电源电路设计177
4．1  PDN与SI、PI和EMI177
4．1．1  PDN是SI、PI和EMI的公共互连基础177
4．1．2  优良的PDN设计是SI、PI和EMI的基本保证177
4．2  FPGA PDN的模型178
4．2．1  PDN的拓扑结构178
4．2．2  FPGA PDN的通用模型179
4．2．3  简化的FPGA PDN模型181
4．3  VRM（电压调整模块）181
4．3．1  FPGA的供电要求181
4．3．2  DC-DC转换电路182
4．3．3  负载点（POL）DC-DC转换器186
4．3．4  线性稳压器188
4．3．5  线性稳压和DC-DC的混合IC电路190
4．4  去耦电容器193
4．4．1  不同位置的去耦电容器193
4．4．2  电容器的阻抗频率特性193
4．4．3  电容器的衰减频率特性195
4．4．4  电容器的ESR和ESL特性196
4．4．5  电容器的有效频率197
4．4．6  去耦电容器的安装位置198
4．4．7  电容器的并联和反谐振201
4．5  电流通道上的PCB电感203
4．5．1  PCB导线的电感203
4．5．2  PCB的过孔电感205
4．5．3  PCB导线的互感206
4．5．4  PCB电源和接地平面电感207
4．6  IC封装的电感207
4．7  贴装电感210
4．7．1  电容器贴装电感210
4．7．2  FPGA贴装电感211
4．8  PCB电源/地平面211
4．8．1  PCB电源/地平面的功能211
4．8．2  PCB电源/地平面设计的一般原则212
4．8．3  PCB电源/地平面叠层和层序214
4．8．4  PCB电源/地平面的负作用216
4．9  同时开关噪声（SSN）的控制217
4．9．1  SSN的成因217
4．9．2  降低SSN的一些常用措施218
4．9．3  利用EBG结构抑制SSN噪声219
4．10  基于目标阻抗的PDN设计221
4．10．1  目标阻抗的定义221
4．10．2  基于目标阻抗的PDN设计方法223
4．10．3  利用目标阻抗计算去耦电容器的电容量225
4．11  基于功率传输的PDN设计方法226
4．11．1  稳压电源电路的反应时间226
4．11．2  去耦电容的去耦时间227
4．11．3  电源系统的输出阻抗228
4．11．4  利用电源驱动的负载计算电容量229
4．12  平面PDN的一维分布模型229
4．12．1  去耦网络的瞬态响应229
4．12．2  去耦网络的稳态响应230
4．12．3  功率传输延迟的估算230
4．13  FPGA PDN设计和验证232
4．13．1  确定FPGA的参数232
4．13．2  去耦网络设计234
4．13．3  模拟236
4．13．4  性能测量237
4．13．5  优化去耦网络设计239
4．13．6  存在问题的分析和改进240
4．14  设计实例：VirtexTM-5 FPGA的PDN设计241
4．14．1  VirtexTM-5 FPGA的VRM241
4．14．2  必需的PCB去耦电容器242
4．14．3  替代电容器243
4．14．4  PCB设计检查项目245
4．14．5  VirtexTM-5的PCB布局示例251
4．15  仿真工具252
4．15．1  常用的一些PDN设计和仿真EDA工具252
4．15．2  Altera PDN设计工具253
4．15．3  TI公司的FPGA电源管理解决方案和设计工具258
4．16  FPGA电源电路设计实例263
4．16．1  Xilinx＆reg; Virtex-5TM FPGA的电源解决方案263
4．16．2  Xilinx＆reg; VirtexTM-6 FPGA的微型电源解决方案266
4．16．3  Xilinx＆reg; VirtexTM-6和SpartanTM-6 FPGA的电源解决方案270
4．16．4  Xilinx＆reg;的SpartanTM-3、VirtexTM-II、Virtex-II ProTM的电源管理解决方案273
4．16．5  Altera＆reg; Cyclone＆reg; FPGA电源电路274
4．16．6  Altera＆reg;Arria II GX FPGA开发板电源电路277
4．17  多电源系统的监控和时序控制289
4．17．1  电源时序控制和跟踪类型289
4．17．2  多电源系统的监控和时序控制设计实例290
4．17．3  模拟电压和电流监控291
4．17．4  时序控制和监控的结合292
4．17．5  电源余量微调292
4．17．6  开关调节器的同步294
4．18  利用铁氧体磁珠为FPGA设计电源隔离滤波器295
4．18．1  铁氧体磁珠的选择295
4．18．2  铁氧体磁珠建模与仿真296
4．18．3  Stratix IV GX设计实例297
4．18．4  反谐振298
4．18．5  LC谐振振荡300
4．18．6  传输阻抗300
4．18．7  直流电流和IR压降考虑因素301
4．18．8  PCB结构302
4．18．9  设计建议305
第5章  无线电源电路设计306
5．1  无线电源技术简介306
5．1．1  无线电源技术的应用306
5．1．2  无线电源技术方案简介307
5．2  无线电源联盟（WPC，Wireless Power Consortium）308
5．2．1  无线电源联盟简介308
5．2．2  WPC标准定义的无线电源系统结构310
5．2．3  WPC 5．1．2版本所定义的无线电源发射器类型311
5．3  A型无线电源发射器设计实例：A1型无线电源发射器设计312
5．3．1  A1型无线电源发射器的结构形式312
5．3．2  一次线圈312
5．3．3  屏蔽313
5．3．4  基站的接口表面314
5．3．5  对准314
5．3．6  多个线圈的间隔距离314
5．3．7  A1型无线电源发射器的等效电路314
5．3．8  A1型无线电源发射器的功率传输控制315
5．3．9  A2～A18型无线电源发射器设计316
5．4  B型无线电源发射器设计实例：B1型无线电源发射器设计316
5．4．1  B1型无线电源发射器的结构形式316
5．4．2  一次线圈阵列316
5．4．3  屏蔽317
5．4．4  基站的接口表面318
5．4．5  B1型无线电源发射器的等效电路318
5．4．6  B1型无线电源发射器的功率传输控制319
5．4．7  可扩展性319
5．4．8  B2～B5型无线电源发射器设计320
5．5  无线电源接收器设计320
5．5．1  无线电源接收器的结构320
5．5．2  二次线圈的安装321
5．5．3  双谐振电路321
5．5．4  谐振频率特性322
5．5．5  大信号二次谐振测试322
5．5．6  功率传输控制323
5．6  无线电源接收器设计实例1323
5．6．1  无线电源接收器设计实例1电路323
5．6．2  二次线圈的结构和尺寸324
5．6．3  二次线圈屏蔽325
5．7  无线电源接收器设计实例2325
5．7．1  无线电源接收器设计实例2电路325
5．7．2  二次线圈的结构和尺寸326
5．7．3  二次线圈屏蔽326
5．8  无线电源解决方案327
5．9  发射器端的解决方案328
5．9．1  TI公司可提供的发射器端控制器328
5．9．2  自由定位符合Qi标准的无线电源发射器控制器bq500410A和评估模块328
5．9．3  5V WPC 1．1兼容的无线电源发射器控制器bq500211A和评估模块330
5．9．4  符合Qi标准的无线电源发射器控制器bq500210和评估模块332
5．9．5  bqTESLA发射器线圈供应商的信息334
5．10  接收器端的解决方案335
5．10．1  TI公司可提供的符合Qi标准的接收器335
5．10．2  bq51011/bq51013无线电源接收器和评估模块336
5．10．3  bq51050B/bq51051B高效Qi v1．1兼容无线电源接收器和电池充电器338
5．10．4  无线电源接收器用通信和电力监控IC341
5．11  符合Qi标准的无线电源接收器线圈设计341
5．11．1  传统变压器的结构和模型342
5．11．2  Qi标准系统的变压器模型343
5．11．3  无线电源接收器（Rx）线圈的电气要求343
5．11．4  无线电源接收器（Rx）线圈设计的步骤344
5．11．5  屏蔽材料344
5．11．6  Rx线圈线材规范345
5．11．7  线圈匝数345
5．11．8  Rx线圈电感测量346
5．11．9  Rx线圈调谐347
5．11．10  Rx线圈的负载线分析348
5．12  Vishay公司的无线充电接收线圈350
第6章  开关稳压器电源电路设计351
6．1  降压型（BUCK）DC-DC开关稳压器351
6．1．1  降压型DC-DC开关稳压器电源拓扑结构351
6．1．2  步降型（降压型）易电源电源模块和转换器351
6．1．3  步降型（降压型）易电源纳米模块和转换器359
6．1．4  步降型（降压型）MicroSiPTM电源模块电路设计实例362
6．1．5  步降型（降压型）SWIFTTM电源模块和转换器363
6．1．6  步降型（降压型）POL（负载点）电源模块369
6．1．7  同步降压NexFETTM电源模块和功率级372
6．2  升压型（BOOST）DC-DC开关稳压器377
6．2．1  升压型DC-DC开关稳压器电源拓扑结构377
6．2．2  MicroSiPTM升压型电源模块377
6．2．3  DC-DC步升型（升压型）转换器377
6．2．4  易电源步升型（升压型）纳米稳压器379
6．3  降压-升压型（BUCK BOOST）DC-DC开关稳压器384
6．3．1  降压-升压型DC-DC开关稳压器电源拓扑结构384
6．3．2  降压-升压型转换器应用电路实例385
6．4  SEPIC DC-DC开关稳压器387
6．4．1  SEPIC DC-DC开关稳压器电源拓扑结构387
6．4．2  SEPIC转换器应用电路实例387
6．5  反激式（FLYBACK）DC-DC开关稳压器390
6．5．1  反激式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构390
6．5．2  反激式稳压器应用电路实例391
6．6  正激式（FORWARD）DC-DC开关稳压器396
6．6．1  正激式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构396
6．6．2  正激式稳压器应用电路实例396
6．7  双开关正激式（2 SWITCH FORWARD）DC-DC开关稳压器398
6．7．1  双开关正激式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构398
6．7．2  双开关正激式稳压器应用电路实例398
6．8  有源钳位正激式（ACTIVE CLAMP FORWARD）DC-DC开关稳压器403
6．8．1  有源钳位正激式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构403
6．8．2  有源钳位正激式转换器应用电路实例403
6．9  半桥式（HALF BRIDGE）DC-DC开关稳压器407
6．9．1  半桥式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构407
6．9．2  半桥式转换器应用电路实例407
6．10  推挽式（PUSH PULL）DC-DC开关稳压器408
6．10．1  推挽式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构408
6．10．2  推挽式转换器应用电路实例409
6．11  全桥式（FULL BRIDGE）DC-DC开关稳压器410
6．11．1  全桥式DC-DC开关稳压器电源拓扑结构410
6．11．2  全桥式转换器应用电路实例410
6．12  相移（PHASE SHIFT）ZVT DC-DC开关稳压器411
6．12．1  相移ZVT DC-DC开关稳压器电源拓扑结构411
6．12．2  相移ZVT转换器应用电路实例411
6．13  数字电源电路设计417
6．13．1  数字电源控制解决方案简介417
6．13．2  非隔离式的UCD92xx系列降压型控制器418
6．13．3  隔离式的UCD3xxx系列PWM数字电源控制器420
6．13．4  UCD7xxx数字互补功率级423
6．13．5  PTD08A/Dxxxx系列模块424
6．14  开关电源的交流电源线的降噪处理425
6．14．1  交流电源线上存在差模噪声与共模噪声425
6．14．2  交流电源线降噪处理用的共模扼流线圈427
6．14．3  交流电源线降噪处理用的混合扼流线圈429
6．14．4  开关电源的交流电源线降噪处理措施431
第7章  基准电压源/电流源电路设计432
7．1  电压基准的选择432
7．1．1  选择电压基准源的一些考虑432
7．1．2  齐纳基准源432
7．1．3  带隙基准源433
7．1．4  XFET基准源434
7．1．5  串联型电压基准435
7．1．6  并联型电压基准436
7．1．7  串联型或并联型电压基准的选择437
7．2  并联型电压基准应用电路实例439
7．2．1  可选择的并联电压基准芯片439
7．2．2  并联稳压器电路440
7．2．3  扩展输出电流的并联稳压器电路440
7．2．4  扩展输出电流的串联稳压器电路441
7．2．5  吸入式恒流源电路441
7．2．6  以接地为参考的电流源电路442
7．2．7  低温度系数的端电流源电路442
7．2．8  0～100℃线性输出温度计电路443
7．2．9  热电偶冷端补偿电路443
7．3  串联型电压基准应用电路实例444
7．3．1  可供选择的串联电压基准芯片444
7．3．2  输出±2．5V电压的基准电压电路445
7．3．3  输出±5V电压的基准电压电路445
7．3．4  输出负电压的基准电压电路446
7．3．5  可编程电流源电路446
7．3．6  350应变计桥路电源电路447
7．4  电流源应用电路实例447
7．4．1  可供选择的电流源芯片447
7．4．2  基本电流源电路448
7．4．3  零温度系数电流源449
7．4．4  扩展电流输出的电流源电路450
7．4．5  低电压的电压基准电路451
7．4．6  华氏温度计451
7．4．7  开氏温度计451
7．4．8  斜坡发生器电路452
7．4．9  精密三角波和方波发生器电路452
7．4．10  死区电路453
7．4．11  双向限幅电路454
7．4．12  窗口比较器电路454
参考文献456