LT3042高性能低壓差線性穩(wěn)壓器用于為噪聲敏感型供電應(yīng)用

在為噪聲敏感型模擬/射頻應(yīng)用供電時(shí)， 低壓差 （LDO） 線性穩(wěn)壓器通常優(yōu)于其 切換對應(yīng)方。低噪聲 LDO 為各種 模擬/射頻設(shè)計(jì)，包括頻率合成器 （PLL/VCO）， RF混頻器和調(diào)制器，高速和高分辨率數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換器（ADC和DAC）和精密傳感器。不過 這些應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了功能和靈敏度 正在測試傳統(tǒng)低噪聲LDO的極限。

例如，在許多高端VCO中，電源噪聲 直接影響VCO輸出相位噪聲（抖動(dòng)）。此外 為了滿足整體系統(tǒng)效率要求，LDO 通常后調(diào)節(jié)輸出相對嘈雜 開關(guān)轉(zhuǎn)換器，所以高頻電源 LDO的抑制比（PSRR）性能變?yōu)?最高的。憑借其超低輸出噪聲和超高 PSRR 性能，LT3042 可直接為某些 后置穩(wěn)壓時(shí)對噪聲敏感的大多數(shù)應(yīng)用 開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出，無需 笨重的過濾。表 1 比較了 LT3042 的噪聲 與傳統(tǒng)低噪聲穩(wěn)壓器相比的性能。

性能、穩(wěn)健性和簡單性

LT?3042 是一款高性能低壓差線性產(chǎn)品 穩(wěn)壓器采用凌力爾特的超低噪聲和 超高 PSRR 架構(gòu)，用于為噪聲敏感型供電 應(yīng)用。即使具有高性能， LT3042 保持了簡單性 和穩(wěn)健性。圖 1 是 典型應(yīng)用和圖2所示 一個(gè)完整的演示電路。這 LT3042 的纖巧型 3mm × 3mm DFN 封裝 和最低的組件要求 保持較小的整體解決方案尺寸。

圖1.典型的LT3042應(yīng)用。

圖2.LT3042演示電路。

設(shè)計(jì)為精密電流基準(zhǔn) 其次是高性能 電壓緩沖器，LT3042 可輕松并聯(lián) 為了增加輸出電流，分散 PCB上的熱量進(jìn)一步減少 噪聲—輸出噪聲降低 設(shè)備數(shù)量的平方根 并行?；陔娏骰鶞?zhǔn) 提供寬輸出電壓的架構(gòu) 范圍（0V 至 15V），同時(shí)保持 單位增益操作，從而提供 幾乎恒定的輸出噪聲，PSRR， 帶寬和負(fù)載調(diào)節(jié)，獨(dú)立 的編程輸出電壓。

除了提供超低噪音和 超高 PSRR 性能，LT3042 包括現(xiàn)代所需的功能 系統(tǒng)，如可編程電流 限位，可編程電源良好 閾值和快速啟動(dòng)能力。 此外，LT3042 還集成了 電池供電的保護(hù)功能 系統(tǒng)。其反向輸入保護(hù) 電路可承受負(fù)電壓 輸入不會(huì)損壞 IC 或 在輸出端產(chǎn)生負(fù)電壓——本質(zhì)上是 就像一個(gè)理想的二極管一樣工作 與輸入串聯(lián)。在 電池備份系統(tǒng)其中輸出 可以保持高于輸入， LT3042 的反向輸出至輸入保護(hù) 電路可防止反向電流 流向輸入電源。The LT3042 包括內(nèi)部折返電流限制， 以及帶遲滯的熱極限 用于安全操作區(qū)域保護(hù)。

超低輸出噪聲

0.8μV有效值10Hz 的輸出噪聲* 對于 100kHz 帶寬，LT3042 是 業(yè)界首款低于 1μV 的電壓有效值噪音調(diào)節(jié)器。 圖 3 比較了 LT3042 的集成 輸出噪聲范圍為 10Hz 至 100kHz 至 LT1763 是線性噪聲最低的 十多年的監(jiān)管機(jī)構(gòu)。LT3042 的 超低噪聲性能開啟 以前沒有的應(yīng)用程序 可能，或需要昂貴的 和笨重的過濾組件。

圖3.輸出噪聲：10Hz至100kHz。

SET引腳電容器（C設(shè)置） 繞過 基準(zhǔn)電流噪聲，基極電流 噪聲（誤差放大器輸入的噪聲） 級(jí)）和SET引腳電阻（R設(shè)置) 固有的熱噪聲。如 圖4、低頻噪聲性能 隨著增加而顯著改善 C設(shè)置.采用 22μF C設(shè)置、輸出噪聲 在 10Hz 時(shí)低于 20nV/√Hz。請注意， 電容器還會(huì)產(chǎn)生 1/f 噪聲， 特別是電解電容器。自 最小化 1/f 噪音，使用陶瓷、鉭 或SET引腳上的薄膜電容器。

圖4.噪聲頻譜密度。

主動(dòng)驅(qū)動(dòng)SET引腳，采用 電池或低噪聲基準(zhǔn)電壓源 將噪音降低到 10Hz 以下。這樣做 基本上消除了基準(zhǔn)電流 較低頻率的噪聲，留下 只有極低誤差放大器 噪聲。這種驅(qū)動(dòng)SET引腳的能力是 電流基準(zhǔn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 建筑。集成有效值噪聲 隨著SET引腳電容的提高而提高 增加，降至 1μV 以下有效值跟 僅 2.2μF C設(shè)置，如圖 5 所示。

圖5.集成有效值輸出噪聲（10Hz至100kHz）。

增加SET引腳旁路電容 對于較低的輸出噪聲，通常引線 以增加啟動(dòng)時(shí)間。但是 LT3042 的快速啟動(dòng)電路減輕了 這種權(quán)衡。快速啟動(dòng) 使用兩個(gè)電路即可輕松配置 電阻;圖 6 顯示了顯著的 縮短啟動(dòng)時(shí)間。

圖6.快速啟動(dòng)能力。

超高噪聲抑制比性能

LT3042 的高 PSRR* 在以下情況下非常重要 為噪聲敏感型應(yīng)用供電。 圖 7 顯示了 LT3042 令人難以置信的 低頻和高頻 PSRR 性能 — 接近 幾乎 120dB 在 120Hz，1MHz時(shí)為79dB，優(yōu)于 70dB 一直到 3MHz。 PSRR 性能 隨著減少甚至更好 負(fù)載電流，如圖8所示。

圖7.PSRR 性能。

圖8.PSRR 適用于各種負(fù)載電流。

與傳統(tǒng)的 LDO 不同，其 PSRR 性能下降到10年代 的 dB 當(dāng)您接近輟學(xué)時(shí)， LT3042 在甚至低時(shí)也能保持高 PSRR 輸入至輸出差分。如圖 9 所示 說明，LT3042 保持 70dB PSRR 高達(dá) 2MHz，輸入至輸出僅為 1V 差分和近 60dB 的 PSRR 高達(dá) 2MHz （輸入至輸出端僅 600mV） 微分。此功能允許 LT3042 用于后置穩(wěn)壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器 在低輸入至輸出差分下 - 用于 高效率 - 而 PSRR 性能滿足要求 的噪聲敏感應(yīng)用。

圖9.PSRR與輸入至輸出差分。

后置穩(wěn)壓開關(guān)

在 LT3042 的應(yīng)用中 后置調(diào)節(jié)開關(guān)的輸出 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)超高PSRR 在高頻下，必須小心 使用電磁耦合 開關(guān)轉(zhuǎn)換器至輸出 LT3042。特別是，雖然“熱循環(huán)” 的開關(guān)轉(zhuǎn)換器應(yīng) 盡可能小，“暖循環(huán)” （交流電流在開關(guān)處流動(dòng) 頻率）由切換臺(tái)形成 IC、輸出電感器和輸出電容器 （對于降壓轉(zhuǎn)換器）也應(yīng)該是 最小化，并且應(yīng)將其屏蔽 或放置在距離幾英寸的地方 超低噪聲器件，如 LT3042 及其負(fù)載。雖然 LT3042 的方向 關(guān)于“暖循環(huán)” 可針對最小磁性進(jìn)行優(yōu)化 耦合，在實(shí)踐中可能具有挑戰(zhàn)性 只需通過 優(yōu)化方向 - 多次迭代 可能需要 PC 板。

考慮圖 10，其中 LT3042 為 后置穩(wěn)壓 LT8614 靜音開關(guān)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器以 500kHz 運(yùn)行，具有一個(gè) EMI 開關(guān)穩(wěn)壓器輸入端的濾波器。隨著 LT3042 距離 1 至 2 英寸 開關(guān)轉(zhuǎn)換器及其外部 元件，抑制頻率接近 80dB 500kHz 無需任何屏蔽即可實(shí)現(xiàn)。?

圖 10.LT3042 后置穩(wěn)壓 LT8614 靜音開關(guān)穩(wěn)壓器。

然而，要實(shí)現(xiàn)這種性能， 如圖 11a 突出顯示的那樣，沒有額外的 電容—開關(guān)穩(wěn)壓器上的 22μF 除外 輸出 - 放置在 LT3042.但是，如圖 11b 所示， 甚至放置一個(gè) 4.7μF 的小電容器 直接在 LT3042 結(jié)果的輸入端 在 PSRR 中超過 10× 的降解。

圖 11.LT3042 對 LT8614 靜音開關(guān)器進(jìn)行后置穩(wěn)壓 （a） 在 LT3042 輸入端沒有任何電容器，（b） 在 LT3042 輸入端采用一個(gè) 4.7μF 電容器。

這是特別違反直覺的——添加 輸入電容通常會(huì)降低輸出紋波，但在 80dB 抑制時(shí)， 磁耦合器，通常是 不顯著，由中度 高頻 （500kHz） 開關(guān)電流 流過這個(gè)4.7μF電容， 顯著降低輸出紋波。 在改變方向時(shí) 4.7μF 輸入電容器和走線 將切換臺(tái)的輸出連接到 該電容器有助于最大限度地減少磁性 耦合，仍然相當(dāng)困難 在這些情況下實(shí)現(xiàn)近 80dB 的抑制 頻率，更不用說倍數(shù)了 可能需要的 PC 板迭代。

相對較高的輸入阻抗 LT3042 可防止高頻交流 流向其輸入端子的電流。 鑒于 LT3042 是穩(wěn)定的 不帶輸入電容（如果位于） 預(yù)調(diào)節(jié)器三英寸以內(nèi) 開關(guān)電源的輸出電容， 為了獲得最佳的PSRR性能，我們建議不要放置電容器 在 LT3042 的輸入端，或?qū)⑵渥钚』?/p>

幾英寸的走線電感 將 LT8614 連接到 LT3042 輸入顯著衰減了 高頻電源開關(guān)轉(zhuǎn)換 尖 峰。一些尖峰仍在傳播 通過磁耦合到輸出 來自LT8614的“熱回路”。 優(yōu)化 LT3042 電路板方向 減少剩余的峰值。由于 到檢測帶寬限制， 這些非常高的頻率尖峰不是 如圖11的輸出紋波所示。

從角度來看，試圖達(dá)到80dB 500kHz 時(shí)的抑制，無需使用 超高PSRR LT3042 LDO是一個(gè)高 次序。替代品不符合標(biāo)準(zhǔn)。 例如，LC濾波器需要 近 40μH 電感和 40μF 電容，實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制 在 500kHz 時(shí)，增加大而昂貴 組件。成本和董事會(huì)房地產(chǎn) 除此之外，如果不正確，LC可能會(huì)產(chǎn)生共振 阻尼，增加了復(fù)雜性。使用 RC濾波器站不住腳，要求不切實(shí)際 電阻可實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制。 同樣，使用傳統(tǒng)的LDO 需要將其中至少兩個(gè)級(jí)聯(lián)到 在 500kHz 時(shí)實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制，這 需要額外的組件和 成本，并降低壓差。

此外，為了實(shí)現(xiàn)80dB抑制， 這些替代方案也需要注意 磁場耦合。特別是高 必須將頻率交流電流降至最低。

由于其超高的PSRR在寬 頻率范圍，LT3042 允許較低的 上游的頻率操作 開關(guān)轉(zhuǎn)換器 — 用于改進(jìn) 效率和 EMI — 無需 過濾器組件尺寸的任何增加 為噪聲敏感型應(yīng)用供電。

結(jié)論

LT3042 的突破噪聲和 PSRR 性能，再加上其 堅(jiān)固耐用且易于使用，使其成為理想之選 用于為噪聲敏感型應(yīng)用供電。 基于電流基準(zhǔn) 架構(gòu)、噪聲和 PSRR 性能 保持獨(dú)立于輸出 電壓。此外，多個(gè) LT3042 可以直接平行到進(jìn)一步 降低輸出噪音，提高輸出 電流和傳播熱量在PCB上。

審核編輯：郭婷