板载电源设计规范简介

热拔插系统必须使用电源缓启动设计

热拔插系统在单板插入瞬间，单板上的电容开始充电。因为电容两端的电压不能突变，会导致整个系统的电压瞬间跌落。同时因为电源阻抗很低，充电电流会非常大，快速的充电会对系统中的电容产生冲击，易导致钽电容失效。

如果系统中采用保险丝进行过流保护， 瞬态电流有可能导致保险丝熔断， 而选择大电流的保险丝会使得在系统电流异常时可能不熔断，起不到保护作用。所以，在热拔插系统中电源必须采用缓启动设计，限制启动电流，避免瞬态电流过大对系统工作和器件可靠性产生影响。
LDO

1、在压差较大或者电流较大的降压电源设计中，建议采用开关电源，避免使用 LDO

采用线性电源（包括 LDO）可以得到较低的噪声，而且因为使用简单，成本低，所以在单板上应用较多。FPGA 内核电源、某些电路板上射频时钟部分的电源等都使用线性电源从更高电压的电源上调整得到。线性电源的基本原理如图所示。

输出电压经过采样后和参考电源（由晶体管带隙参考源或者齐纳二极管提供）进行减法运算，差值经过放大后控制推动管上的电压降V dropout =V output -V input ， 使得当 V input 变化或者负载电流变化导致V output 变化时，通过 V dropout 的变化保证 V output 的稳定。

由图中可见，负载电流全部流过调整管，而输入电压和输出电压之间的差异全部都加在调整管上。调整管上耗散的功率为 V dropout *I。当电压差较大时，或者负载电流较大时，稳压器将承受较大的功率耗散。

LDO必须计算热耗并满足降额规范

另外，输入的电源提供的功率为 V input *I，即采用线性电源时电源功率的计算不能使用负载电压和电流的乘积计算，必须采用线性电源输入电压和负载电流的乘积计算采用线性电源时电源功率的计算不能使用负载电压和电流的乘积计算，必须采用线性电源输入电压和负载电流的乘积计算。必须经过计算和热仿真确保系统的正常工作。

例如采用 1 只 TO-263 封装的 LDO 将电压从 3.3V 降到 1.2V，负载电流为 1.5A，负载上耗散的功率为 1.8W。此时 LDO 上承担了 2.1V 压降，耗散的功率 3.15W，3.3V 电源提供的功率为 4.95W！

封装的热阻约为 40℃/W，则如果不采取任何散热措施，则温升能够达到约 120℃。对 LDO 必须通过热仿真确定合适的散热措施，并且在 3.3V 电源在预算中必须能够提供 1.5A 的电流（或者 5W 以上的功率） ，保证系统的工作正常。

采用开关电源能够达到很高的效率，对大电流及大压差的场合，推荐采用开关电源进行转换。如果电路对纹波要求较高， 可以采用开关电源和线性电源串联使用的方法， 采用线性电源对开关电源的噪声进行抑制。

2、LDO 输出端滤波电容选取时注意参照手册要求的最小电容、电容的 ESR/ESL 等要求确保电路稳定。推荐采用多个等值电容并联的方式，增加可靠性以及提高性能

LDO 输出电容为负载的变化提供瞬态电流，同时因为输出电容处于电压反馈调节回路之中，在部分 LDO 中，对该电容容量有要求以确保调节环路稳定。该电容容量不满足要求，LDO 可能发生振荡导致输出电压存在较大纹波。

多个电容并联，以及对大容量电解电容并联小容量的陶瓷电容，有利于减少 ESR 和 ESL，提高电路的高频性能，但是对于某些线性稳压电源，输出端电容的 ESR 太低，也可能会诱发环路稳定裕量下降甚至环路不稳定。