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超低输出噪声和超高PSRR,这款负LDO稳压器了解一下?
发布日期:2019-09-26
超低输出噪声和超高PSRR,这款负LDO稳压器了解一下?

低压差线性稳压器广泛应用于噪声敏感型应用已有数十年了。然而,随着最新的精密传感器、高速和高分辨率数据转换器以及频率合成器不断向传统的 LDO稳压器提出挑战,以产生超低输出噪声和超高电源纹波抑制,噪声要求变得越来越难以满足。

例如,在为传感器供电时,电源噪声会直接影响测量结果的准确性。开关稳压器通常用于配电系统,以实现更高的整体系统效率。为了构建低噪声电源,LDO稳压器通常会对噪声相对较高的开关转换器的输出进行后级调节,而无需使用庞大的输出滤波电容。LDO稳压器的高频PSRR性能变得至关重要。

ADI推出的LT3042是业界首款在1MHz下仅有0.8μV rms输出噪声和79dB PSR的线性稳压器。两款类似的器件LT3045和LT3045-1可提供更高的额定值和附加功能。所有这些器件都是正LDO稳压器。当系统具有双极性器件 时,必须在极性电源设计中使用负LDO稳压器。LT3094是首款具有超低输出噪声和超高PSRR的负LDO稳压器。表1列出了LT3094及相关器件的主要特性。

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表 1. LT3094 和低噪声 LDO 的特性

LT3094具有精密电流源基准,后接高性能输出缓冲器。负输出电压可通过流过单个电阻的−100µA精密电流源进行设置。这种基于电流基准的架构可提供宽输出电压范围,并提供几乎恒定的输出噪声、PSRR和负载调节,与设置的输出电压无关。图1显示了一个典型应用,演示板如图2所示。整体解决方案尺寸大约仅为10mm×10mm。

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图 1. −3.3 V 输出低噪声解决方案。

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图 2. 演示电路显示了一个 −3.3 V 微型解决方案。

LT3094具有超低输出噪声,在10Hz至100kHz范围内为0.8µVrms,并且在1MHz时具有74dB超高PSRR。此外,LT3094具有可编程电流限制、可编程电源良好阈值、快速启动功能和可编程输入至输出电压控制 。当 LT3094对开关转换器进行后级调节时,如果LDO稳压器输出电压可变,LDO稳压器两端的电压将通过VIOC功能保持恒定。

LT3094通过内部保护功能避免器件损坏,包括具有折返功能的内部限流、热限制、反向电流和反向电压保护。

LT3094可以轻松并联以增加输出电流。图3显示了使用两个并联的 LT3094实现1A输出电流的解决方案。为了使两个器件并联,将SET引脚连接在一起,并在SET引脚和地之间放置一个SET电阻RSET。流过RSET的电流为200µA,是单个器件中SET电流量的两倍。为了获得良好的均流特性,LT3094的每个输出都使用一个20mΩ的小镇流电阻。

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图 3. 两个并联 LT3094 的原理图。

图4显示了图3中电路的热性能,其中输入电压为−5V,输出电压为−3.3V,运行于1A负载电流下。每个器件的温度大约升至50°C,表明热量均匀分布。对于更高输出电流和更低输出噪声,可以并联的器件数量没有限制。

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图 4. 两个并联 LT3094 的热图像。

电源通常配置由LDO稳压器进行后级调节的开关转换器,以实现低输出噪声和高系统效率。为了在功耗和PSRR之间保持适当的权衡,LDO稳压器的输入和输出之间的优化电压差约为−1V。在可变输出电压系统中保持这种电压差很复杂,但LT3094具有跟踪功能VIOC,即使输出电压变化,它也能在LDO稳压器两端保持电压恒定。

图5是使用LT8582、LT3045-1和LT3094的双电源原理图。LT8582是一款具有内置开关的双通道PWM DC/DC转换器,能够从单个输入产生正输出和负输出。LT8582的第一个通道配置为SEPIC用于产生正输出,第二个通道是反相转换器用于产生负电源轨。在负电源轨中,LT3094两端的电压由VIOC电压控制

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图 5. 可调节的双输出正/负电源具有高纹波抑制和低温运行性能。

其中VFBX2为0mV,IFBX为83.3µA。将R2设置为14.7kΩ,则对于可变输出电压可将VIOC电压设置为1.23V。电阻R1为133kΩ时,将LT3094的输入电压限制为16.5V,则计算如下:

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电路在12V输入下运行的热图像如图6所示。当输出电压从±3.3V变化至 ±12V时,LT3094的温升保持不变。表2列出了所有三款器件的电压和电流。图7显示了在12V输入下的±5V电源瞬态响应。

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图 6. 12 V 输入下的双电源热图像。

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图 7. 12 V 输入、±5 V 输出下的双电源瞬态响应。

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表 2. 12 V 输入、±500 mA 负载下的双输出正/负电源的电路性能

图5中,除了LT8582的输出电容之外,在LT3094的输入端未放置额外电容。通常,输入电容会降低输出纹波,但对LT3094来说并非如此。如果LT3094具有输入电容,则开关转换器的开关电流将流过输入电容,从而导致开关转换器与LT3094输出的电磁耦合。输出噪声会增加,从而使PSRR降低。如果开关稳压器位于具LT3094两英寸的范围以内,为了获得最佳的PSRR性能,我们建议不要在LT3094的输入端放置电容。

LT3094是一款具有超低噪声和超高PSRR的负LDO稳压器。它采用基于电流基准的架构,可使噪声和PSRR性能独立于输出电压,多个LT3094可以轻松并联,以增加负载电流并降低输出噪声。当LT3094用于对开关转换器进行后置调节时,VIOC功能可以最大限度地降低LDO稳压器的功耗,使其成为可变输出电压应用的理想选择。

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