Come aumentare la durata delle batterie con i regolatori LDO.

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Ottimizzare i consumi nei cellulari

Il regolatore LDO LP3987 integra una nuova funzionalità, denominata SLEEP MODE, ideata per aumentare la durata della batteria in tutte quei sistemi per i quali la corrente di carica è molto bassa per la maggior parte del tempo.

LP3987 entra in sleep mode ponendo il pin MODE a 0V esternamente, al fine di erogare corrente al carico durante la modalità standby. In sleep Mode LP3987dissipa una corrente di riposo di 13 mA e può fornire fino a 3 mA di corrente al carico. Per comprendere appieno il funzionamento di faccia riferimento alla figura 4 (che è un’espansione dello schema a blocchi di LP3987). Il blocco MAIN MODE risulta composto, come precedentemente descritto, da un LDO CMOS, ovvero un transistor P-FET, un riferimento di bandgap, una amplificatore di errore e una rete di retroazione. Quando il pin SD è nello stato logico basso, tutto il circuito è in shutdown mode e il consumo di corrente è pari a circa 1 mA. Quando il pin MODE è nello stato logico alto, il circuito SLEEP MODE è escluso e la corrente di carico, che può arrivare a 150 mA, è fornita dallo stadio MAIN MODE. Quando il pin MODE è nello stato logico basso, lo stadio MAIN MODE viene escluso e la corrente di carico è fornita dal circuito SLEEP MODE. Lo stadio SLEEP MODE risulta composto da un riferimento di bandgap, una rete di retroazione resistiva e un amplificatore d’errore. Quest’ultimo ha una frequenza fissa interna zero per la compensazione in frequenza. Appare chiaro che in un dispositivo sono presenti due regolatori: uno che fornisce una corrente elevata e l’altro in grado di erogare fino a 3 mA.

La corrente di riposo per lo stadio SLEEP MODE è data dalla somma delle correnti fornite dal riferimento di bandgap (circa 5 mA), dall’amplificatore di errore (circa 5 mA), dalla rete di retroazione (circa 2 mA) e dal circuito di temporizzazione (circa 1mA). Quest’ultimo minimizza i glitch in uscita durante la commutazione del funzionamento tra la modalità normale e lo sleep mode. La funzionalità sleep mode di LP3987 consente di aumentare la durata delle batterie dei telefoni cellulari (il cui schema a blocchi è visibile in figura 5). I componenti base sono l’unità RF, il DSP, un circuito ASIC per l’elaborazione in banda base e la memoria, le cui dimensioni variano in funzione del tipo di telefonino. Molti telefonini utilizzano molta memoria, che potrebbe essere integrata nel processore di segnali o risiedere in una SRAM esterna. La SRAM viene impiegata per immagazzinare i dati ai quali si accede più di frequente e le variabili temporanee generate dall’ASIC. La potenza è uno dei “crucci” dei progettisti di cellulari.

I telefonini, di solito, utilizzano una batteria (tipo Ni-MH o Li-Ion) che non ha grande autonomia: da qui la necessità di utilizzare componenti a bassa dissipazione. Si prenda ad esempio un telefonino alimentato da una batteria di 1000 mAhr e con tempo di conversazione di 4 ore. La corrente media di alimentazione sarà pari a 250 mA. Poiché la corrente di alimentazione di una SRAM da 2 Mb è di solito 50 mA, la memoria assorbe circa il 20% della potenza totale del cellulare, il che influenza la durata del tempo di conversazione. Per limitare i consumi, la prima idea è impiegare SRAM a bassa dissipazione. Una seconda tecnica è porre in standby il controllore della memoria quando non si verificano accessi, ovvero quando ci sono lunghi periodi di inattività (Fig. 6). Quando la SRAM non è selezionata (CS basso), essa richiede ancora potenza per conservare i dati, anche se la corrente necessaria per tale operazione è ridotta (da qualche microampere ad alcuni milliampere a secondo della dimensione della memoria). Questa corrente può essere fornita alla SRAM dall’LDO quando è in SLEEP MODE. Pin MODE di LP3987 e pin CS della memoria sono impostati dal controllore di memoria del telefono cellulare.

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