TPS62730與TPS62733降壓轉(zhuǎn)換器：超低功耗無線應(yīng)用的理想之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理模塊的性能往往對整個系統(tǒng)的功耗和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。特別是在超低功耗無線應(yīng)用領(lǐng)域，高效、可靠的降壓轉(zhuǎn)換器顯得尤為重要。德州儀器（Texas Instruments）推出的TPS62730和TPS62733降壓轉(zhuǎn)換器，正是為滿足這一需求而設(shè)計的。

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一、產(chǎn)品概述

TPS62730和TPS62733是專為超低功耗無線應(yīng)用優(yōu)化的高頻同步降壓直流 - 直流轉(zhuǎn)換器。它們主要用于為德州儀器的低功耗無線亞1GHz和2.4GHz射頻收發(fā)器供電。這兩款轉(zhuǎn)換器通過高效的降壓電壓轉(zhuǎn)換，降低了在發(fā)射（TX）和接收（RX）模式下從電池汲取的電流消耗。它們能夠提供高達100mA的輸出電流，并且允許使用小型且低成本的片式電感器和電容器。其輸入范圍為1.9V至3.9V直流，支持大多數(shù)鋰離子原電池化學(xué)體系。

二、關(guān)鍵特性

超低功耗旁路模式

TPS62730和TPS62733具有超低功耗旁路模式，典型電流消耗僅為30nA，這對于支持現(xiàn)代射頻收發(fā)器的低功耗模式非常重要。在旁路模式下，輸入通過內(nèi)部2Ω的旁路場效應(yīng)晶體管（FET）連接到VOUT引腳。當(dāng)輸入（電池）電壓降至旁路轉(zhuǎn)換閾值時，設(shè)備會自動進入旁路模式。

兩種工作模式

這兩款器件有兩種工作模式：開關(guān)降壓模式和直流旁路模式。當(dāng)輸入電壓降至旁路閾值（比調(diào)節(jié)電壓高幾毫伏）時，集成電路（IC）會自動關(guān)閉開關(guān)，從而節(jié)省開關(guān)的偏置功率。用戶也可以通過將ON/BYP引腳拉低來在較高輸入電壓下實現(xiàn)旁路模式，但需要注意的是，在某些應(yīng)用中，如果輸入電壓對系統(tǒng)來說過高，應(yīng)謹(jǐn)慎進行模式轉(zhuǎn)換。同時，不要讓ON/BYP引腳浮空，否則IC可能處于未知狀態(tài)或模式，輸出電壓可能在輸入電壓和調(diào)節(jié)電壓之間波動。

三、性能規(guī)格

四、測試評估

測試設(shè)備

• 可調(diào)節(jié)的1.8V至4V直流電源，電流限制設(shè)置為約150mA。
• 負(fù)載：系統(tǒng)負(fù)載或電阻負(fù)載（≥21Ω）。
• 三個Fluke 75數(shù)字萬用表（或等效或更好的型號）。
• 示波器，型號為TDS222（或等效或更好的型號）。

設(shè)備和評估模塊（EVM）設(shè)置

按照特定的連接和配置要求進行設(shè)置，例如將J1（Vin）連接到預(yù)設(shè)為3.3V直流、電流限制為150mA的電源正極，將J2 - 1（+ SNS）輸入連接到數(shù)字萬用表#1的正極等。同時，將示波器設(shè)置為200ns/div，CH1為正觸發(fā)、直流耦合，CH2為交流耦合且10mV/div。

測試步驟

1. 確保EVM設(shè)置符合要求，并將電源預(yù)設(shè)為3.3V直流，電流限制約為150mA。
2. 開啟輸入電源，驗證輸入電壓約為3.3V直流（通過數(shù)字萬用表1），對于TPS62730或TPS62733，輸出電壓分別約為2.1V或2.3V直流（通過數(shù)字萬用表2）。
3. 觀察CH1和CH2，驗證占空比接近70%，紋波小于10mV。
4. 在0至100mA（對應(yīng)1kΩ至21Ω（TPS62730）或1kΩ至23Ω（TPS62733））之間變化負(fù)載，觀察開關(guān)波形從具有不連續(xù)振鈴的脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式到脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式的變化。對于輕負(fù)載，可能需要將示波器的時間刻度更改為1μs/div。
5. 將輸入電壓從3.3V直流變化到3.9V直流，再回到2.4V直流，觀察占空比的變化。
6. 將輸入電壓從2.4V直流降低到1.9V直流，驗證開關(guān)器自動進入旁路模式，關(guān)閉開關(guān)器并開啟內(nèi)部旁路FET。輸出應(yīng)為輸入電壓減去通過導(dǎo)通FET的IR壓降（約2Ω）。STAT引腳應(yīng)進入高阻抗?fàn)顟B(tài)，R1將其拉至輸出電壓。
7. 將跳線JP1上的分流器從ON位置移動到Bypass位置，注意此時開關(guān)器關(guān)閉，輸入電壓通過旁路開關(guān)切換到輸出。輸出應(yīng)為輸入電壓減去通過導(dǎo)通FET的IR壓降（約2Ω）。STAT引腳應(yīng)進入高阻抗?fàn)顟B(tài)，R1將其拉至輸出電壓。然后將跳線JP1上的分流器移回ON位置。
8. 后續(xù)步驟可根據(jù)相應(yīng)的波形圖確定示波器的設(shè)置，觀察從轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式到旁路模式的轉(zhuǎn)換、從旁路模式到轉(zhuǎn)換器開關(guān)模式的轉(zhuǎn)換、熱插拔電源啟動以及輸出負(fù)載瞬態(tài)變化等情況。

五、原理圖、物理布局和物料清單

原理圖

提供了TPS62730和TPS62733 EVM板的原理圖，有助于工程師了解電路的連接和工作原理。

物理布局

包括裝配層、頂層和底層的物理布局圖，方便工程師進行電路板的設(shè)計和制作。

物料清單

詳細(xì)列出了EVM所需的各種元件，如電容器、電感器、電阻器和集成電路等，包括元件的數(shù)量、參考編號、值、描述、尺寸、部件編號和制造商等信息。

六、注意事項

評估板使用限制

該評估板僅用于實驗室/開發(fā)環(huán)境中的初步可行性評估，并非成品電氣設(shè)備，不適合普通消費者使用。使用時需由熟悉電氣機械組件、系統(tǒng)和子系統(tǒng)處理危險和應(yīng)用風(fēng)險的技術(shù)合格電子專家進行操作。

安全責(zé)任

用戶需承擔(dān)確保產(chǎn)品安全和符合所有相關(guān)法律法規(guī)和監(jiān)管要求的全部責(zé)任，包括保證EVM與人體之間的接口設(shè)計具有適當(dāng)?shù)母綦x和安全限制可觸及泄漏電流的措施，以最小化電擊危險。同時，要合理使用EVM，避免因超出規(guī)定的額定值（如輸入和輸出電壓、電流、功率和環(huán)境范圍）而導(dǎo)致財產(chǎn)損失、人身傷害或死亡。

法規(guī)合規(guī)

該EVM和/或配套硬件可能受美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）和加拿大工業(yè)部（IC）規(guī)則的約束。對于不受上述規(guī)則約束的EVM，僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，不被視為適合一般消費者使用的成品。使用時需遵守當(dāng)?shù)仃P(guān)于無線電頻譜分配和功率限制的法律，確保在合法的頻率空間和功率限制內(nèi)操作。

七、總結(jié)

TPS62730和TPS62733降壓轉(zhuǎn)換器憑借其超低功耗旁路模式、高效的降壓轉(zhuǎn)換能力以及支持多種電池化學(xué)體系等特性，為超低功耗無線應(yīng)用提供了可靠的電源解決方案。通過詳細(xì)的測試評估和相關(guān)的原理圖、物理布局及物料清單，工程師可以更好地了解和應(yīng)用這兩款轉(zhuǎn)換器。在使用過程中，務(wù)必遵守相關(guān)的注意事項和法規(guī)要求，以確保設(shè)計的安全性和可靠性。大家在實際應(yīng)用中，是否遇到過類似的電源管理問題呢？又有哪些獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享。