数字电视应用的负载点电源设计和分析

当前的数字电视给电源设计人员带来了一些挑战。 这些电视采用平板设计，由位于机箱内不同位置的独立模块组成。 这些模块包括调谐器单元、主系统板、显示驱动器、音频子系统、LCD 背光驱动器和其他组件。 每个子系统都包含敏感的模拟电路、处理器、CPU、ASIC 和各种其他电路，并且每个设备都有其独特的电源要求。 交流电压首先转换为中间总线电压，然后提供给电视内部的各个模块。 该电压的典型范围是12~15V。 每个模块中的负载点调节器将中间总线电压转换为每个组件所需的电压。

如图 1 所示的 LCD TV 框图，显示了机箱中的每个主要子系统以及关键组件模块。 在此示例中，它包括前端调谐器、主板、显示驱动器和音频板。 这些组件由12V离线电源供电。 为了提供所需的工作电压，每个模块必须提供某种形式的负载点调节。 表 1 列出了每个子系统和模块的电压和电流要求，以及排序或跟踪等任何附加要求。

主板和显示驱动单元中使用的高性能信号处理设备（例如 FPGA 和 DSP）需要多个能够产生不同核心电压和 I/O 电压的电源。 电源的上电和断电顺序对于器件运行和长期可靠性至关重要。上电排序可以

使用三种方法：顺序排序、比率排序和同时排序。 正确的排序方法取决于处理器的要求。 本例采用顺序排序方法，其中一个电源的输出开始增加并稳定到最终电压，然后在一定时间延迟后第二个电源的输出开始增加。

图2是说明顺序排序方法的示例。 实现这种排序方案的一个好方法是使用具有电源良好指示和使能功能引脚的器件，并将之一个电源的电源良好输出连接到要排序的第二个电源的使能引脚，以确保信号具有正确的极性。 这是大多数包含上述功能的 DC/DC 转换器所必需的，它们具有一致的极性并且信号可以直接匹配。 此外，还可以通过这种方式控制附加电源。

图1：液晶电视内部电路结构图

图 2：排序电源波形

以双倍数据速率 (DDR) 存储器为例，DDR 系统需要 Vddq 和 Vtt 电压轨。 Vddq输出可以使用标准电源类型，但总线终端电压Vtt需要不同的电源类型。 对于这些 DDR 总线端接电源，Vtt 电压生成电路必须能够准确跟踪参考电压 Vref，该电压是输出电源电压 Vddq 的 50%。 尽管 Vddq 可以在 2.50V 额定值至 200mV 之间变化，但 Vtt 在任何负载和瞬态条件下都必须保持在该范围内。 生成 Vtt 的电路还必须能够在输出缓冲器（线路驱动器）处于逻辑高状态时吸收电流，并在输出缓冲器处于低状态时提供电流。 在电流吸收 (-) 模式下，流经输出电感器的电流反转其在降压配置中的正常方向。

表 1：每个子系统和模块的电压和电流要求

灌模式开关过程与升压转换器类似，不同之处在于电流流入电源的输出并在升压后流出至输入电源轨。 控制电路在拉电流和灌电流时都必须正常工作。 专用转换器在这些应用中效果很好，因为它设计用于需要电压跟踪的总线终端电路。

图 3 显示了一种可能的电源解决方案。 它结合了各个子系统的相关电源要求，因此每个负载点都可以使用单个电压调节器，并且只需通过机箱分配 12V 中间总线电压。

图3：电源系统架构

本文摘要

对于模拟调谐器，理想的情况是电源是线性稳压器。 尽管效率会降低，但敏感的模拟级可能需要线性稳压器的噪声抑制功能。 如果功耗很重要，则可以将中间总线预调节至较低电压，并且可以使用低压差线性调节器。 DC/DC 转换器是为处理器、ASIC 和 FPGA 数字电路供电的更佳选择。 与线性稳压器相比，DC/DC转换器可以提供更高的效率和更低的功耗，并且可以提供更大的电流。 使用具有使能和集成电源良好信号等附加功能的转换器电视数字板，可以大大简化对内核和 I/O 电压进行排序。 工程师在设计时需要特别注意总线端接电压的特殊要求。