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負線性穩壓器在1MHz下具有0.8μV RMS噪聲和74dB電源抑制比

2020年11月19日 10:15 次閲讀

作者:MollyZhu,ADI公司

低壓差(LDO線性穩壓器廣泛應用於噪聲敏感型應用已有數十年了。然而,隨着最新的精密傳感器、高速和高分辨率數據轉換器(ADCDAC)以及頻率合成器(PLL/VCO)不斷向傳統的LDO穩壓器提出挑戰,以產生超低輸出噪聲和超高電源紋波抑制(PSRR),噪聲要求變得越來越難以滿足。例如,在為傳感器供電時,電源噪聲會直接影響測量結果的準確性。開關穩壓器通常用於配電系統,以實現更高的整體系統效率。為了構建低噪聲電源,LDO穩壓器通常會對噪聲相對較高的開關轉換器的輸出進行後級調節,而無需使用龐大的輸出濾波電容。LDO穩壓器的高頻PSRR性能變得至關重要。

2015年推出的LT3042是業界首款在1MHz下僅有0.8μVrms輸出噪聲和79dBPSRR的線性穩壓器。兩款類似的器件LT3045和LT3045-1可提供更高的額定值和附加功能。所有這些器件都是正LDO穩壓器。當系統具有雙極性器件(例如運算放大器或ADC)時,必須在極性電源設計中使用負LDO穩壓器。LT3094是首款具有超低輸出噪聲和超高PSRR的負LDO穩壓器。表1列出了LT3094及相關器件的主要特性。

典型應用

LT3094具有精密電流源基準,後接高性能輸出緩衝器。負輸出電壓可通過流過單個電阻的-100µA精密電流源進行設置。這種基於電流基準的架構可提供寬輸出電壓範圍(0V至-19.5V),並提供幾乎恆定的輸出噪聲、PSRR和負載調節,與設置的輸出電壓無關。圖1顯示了一個典型應用,演示板如圖2所示。整體解決方案尺寸大約僅為10mm×10mm。

圖1.−3.3V輸出低噪聲解決方案

圖2.演示電路顯示了一個-3.3V微型解決方案

表1.LT3094和低噪聲LDO的特性

LT3094具有超低輸出噪聲,在10Hz至100kHz範圍內為0.8µVrms,並且在1MHz時具有74dB超高PSRR。此外,LT3094具有可編程電流限制、可編程電源良好閾值、快速啓動功能和可編程輸入至輸出電壓控制(VIOC)。當LT3094對開關轉換器進行後級調節時,如果LDO穩壓器輸出電壓可變,LDO穩壓器兩端的電壓將通過VIOC功能保持恆定。

LT3094通過內部保護功能避免器件損壞,包括具有折返功能的內部限流、熱限制、反向電流和反向電壓保護。

直接並聯實現更高的電流

LT3094可以輕鬆並聯以增加輸出電流。圖3顯示了使用兩個並聯的LT3094實現1A輸出電流的解決方案。為了使兩個器件並聯,將SET引腳連接在一起,並在SET引腳和地之間放置一個SET電阻RSET。流過RSET的電流為200µA,是單個器件中SET電流量的兩倍。為了獲得良好的均流特性,LT3094的每個輸出都使用一個20mΩ的小鎮流電阻。

圖3.兩個並聯LT3094的原理圖

圖4顯示了圖3中電路的熱性能,其中輸入電壓為−5V,輸出電壓為−3.3V,運行於1A負載電流下。每個器件的温度大約升至50℃,表明熱量均勻分佈。對於更高輸出電流和更低輸出噪聲,可以並聯的器件數量沒有限制。

圖4.兩個並聯LT3094的熱圖像

具有可變輸出電壓的正負雙電源

電源通常配置由LDO穩壓器進行後級調節的開關轉換器,以實現低輸出噪聲和高系統效率。為了在功耗和PSRR之間保持適當的權衡,LDO穩壓器的輸入和輸出之間的優化電壓差約為-1V。在可變輸出電壓系統中保持這種電壓差很複雜,但LT3094具有跟蹤功能VIOC,即使輸出電壓變化,它也能在LDO穩壓器兩端保持電壓恆定。

(1)

其中VFBX2為0mV,IFBX為83.3µA。將R2設置為14.7kΩ,則對於可變輸出電壓可將VIOC電壓設置為1.23V。電阻R1為133kΩ時,將LT3094的輸入電壓限制為16.5V,則計算如下

(2)

電路在12V輸入下運行的熱圖像如圖6所示。當輸出電壓從±3.3V變化至±12V時,LT3094的温升保持不變。表2列出了所有三款器件的電壓和電流。圖7顯示了在12V輸入下的±5V電源瞬態響應。

在圖5中,除了LT8582的輸出電容之外,在LT3094的輸入端未放置額外電容。通常,輸入電容會降低輸出紋波,但對LT3094來説並非如此。如果LT3094具有輸入電容,則開關轉換器的開關電流將流過輸入電容,從而導致開關轉換器與LT3094輸出的電磁耦合。輸出噪聲會增加,從而使PSRR降低。如果開關穩壓器位於具LT3094兩英寸的範圍以內,為了獲得最佳的PSRR性能,我們建議不要在LT3094的輸入端放置電容。

圖5.可調節的雙輸出正/負電源具有高紋波抑制和低温運行性能

圖6.12V輸入下的雙電源熱圖像

圖7:12V輸入、±5V輸出下的雙電源瞬態響應

表2.12V輸入、±500mA負載下的雙輸出正/負電源的電路性能

結論

LT3094是一款具有超低噪聲和超高PSRR的負LDO穩壓器。它採用基於電流基準的架構,可使噪聲和PSRR性能獨立於輸出電壓,多個LT3094可以輕鬆並聯,以增加負載電流並降低輸出噪聲。當LT3094用於對開關轉換器進行後置調節時,VIOC功能可以最大限度地降低LDO穩壓器的功耗,使其成為可變輸出電壓應用的理想選擇。

作者簡介

Huiyu(Molly)Zhu是ADI公司PowerbyLinear™部門的高級應用工程師。她於1998年和2000年分別獲得中國清華大學電子工程學士學位和碩士學位,並於2005年獲得弗吉尼亞理工學院暨州立大學(位於弗吉尼亞州布萊克斯堡)電氣工程博士學位。

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發表於 2020-09-21 13:04 284次閲讀
應用筆記140 第1/3部分:線性調節器和開關模...

ADI對企業社會責任的承諾

ADI對於企業社會責任的承諾不僅根植於公司的基因之中,還不斷向外延伸,通過激發員工的意願,發揮員工的....
發表於 2020-09-20 10:27 630次閲讀
ADI對企業社會責任的承諾

ADI中國區工業市場總監喊你來看ATE產品線啦!

直播時間:2020年9月23日(週三)1400 內容簡介: 半導體測試是半導體生產過程中的重要環節。....
發表於 2020-09-18 10:18 530次閲讀
ADI中國區工業市場總監喊你來看ATE產品線啦!

ADI研討會將於9月24日開展

Analog Devices, Inc.(簡稱ADI)將創新、業績和卓越作為企業的文化支柱,並基此成....
發表於 2020-09-18 10:01 578次閲讀
ADI研討會將於9月24日開展

ADI邀請您來開會了

Analog Devices, Inc.(簡稱ADI)將創新、業績和卓越作為企業的文化支柱,並基此成....
發表於 2020-09-17 11:52 402次閲讀
ADI邀請您來開會了

20VIN、8A高效率微型封裝降壓型µModul...

LTM4657使用與LTM4626和LTM4638相同的組件封裝(CoP)設計,有助於器件迅速散熱,....
發表於 2020-09-14 13:56 228次閲讀
20VIN、8A高效率微型封裝降壓型µModul...

開關電源、線性穩壓電源和低壓差線性穩壓器差異分析

開關穩壓電源可以簡化成下圖,也就是經典的buck電路。工作是,K導通,L和C充電,D截止,此時,由於....
發表於 2020-09-14 11:37 407次閲讀
開關電源、線性穩壓電源和低壓差線性穩壓器差異分析

ADI公司推出汽車行業首款用於電動車的無線電池管...

ADI公司的無線BMS免去了使用傳統線束的必要,節省了高達90%的線束和高達15%的電池組體積,提高....
發表於 2020-09-11 14:17 260次閲讀
ADI公司推出汽車行業首款用於電動車的無線電池管...