例如，在許多高端 VCO 中，電源噪聲直接影響著 VCO 輸出相位噪聲 (抖動(dòng))。而且，為了滿(mǎn)足整體系統(tǒng)效率要求，LDO 通常對(duì)噪聲相對(duì)較大的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器之輸出進(jìn)行后置穩(wěn)壓，因此 LDO 的高頻電源抑制比 (PSRR) 性能變得至關(guān)重要。憑借其超低輸出噪聲和超高 PSRR 性能，LT®3042 能夠直接為某些對(duì)噪聲最為敏感的應(yīng)用供電，同時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出實(shí)施后置穩(wěn)壓，并不需要龐大的濾波電路。表 1 比較了 LT3042 與傳統(tǒng)低噪聲穩(wěn)壓器的噪聲性能。

 

 

LT3042 是一款高性能低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其采用凌力爾特的超低噪聲和超高 PSRR 架構(gòu)以為對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用供電。LT3042 盡管擁有高性能，但其同時(shí)也保持了簡(jiǎn)單性和堅(jiān)固性。圖 1 為該器件的一款典型應(yīng)用電路，圖 2 則示出一個(gè)完整的演示電路。LT3042 的纖巧型 3mm x 3mm DFN 封裝和極低的組件要求可使整體解決方案尺寸保持小巧。

 

表 1：LT3042 與傳統(tǒng)低噪聲 LDO 的比較

 

圖 1：LT3042 的典型應(yīng)用

 

圖 2：LT3042 演示電路

 

LT3042 被設(shè)計(jì)為一款后隨高性能電壓緩沖器的高精度電流基準(zhǔn)，其可容易地通過(guò)并聯(lián)以增加輸出電流、在 PCB 上散播熱量并進(jìn)一步降低噪聲，輸出噪聲的降幅為并聯(lián)器件數(shù)目的平方根。該器件基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)可提供寬輸出電壓范圍 (0V 至 15V) 并保持單位增益運(yùn)作，從而獲得了幾乎恒定的輸出噪聲、PSRR、帶寬和負(fù)載調(diào)節(jié)，這與編程輸出電壓無(wú)關(guān)。

 

除了提供超低噪聲和超高 PSRR 性能之外，LT3042 還擁有新式系統(tǒng)中期望的特性，例如：可編程電流限值、可編程電源良好門(mén)限和快速啟動(dòng)能力。此外，LT3042 還內(nèi)置了針對(duì)電池供電型系統(tǒng)的保護(hù)功能。其反向輸入保護(hù)電路可耐受輸入端上的負(fù)電壓，并不會(huì)損壞 IC 或在輸出端上產(chǎn)生負(fù)電壓，作用基本上就像連接了一個(gè)與輸入相串聯(lián)的理想二極管。在那些可以使輸出高于輸入的電池后備系統(tǒng)中，LT3042 的反向輸出至輸入保護(hù)電路可避免反向電流流至輸入電源。LT3042 包括內(nèi)部折返電流限制以及具遲滯的熱限制功能，可用于提供安全工作區(qū)保護(hù)。

 

 

憑借其 0.8μVRMS 的輸出噪聲* (在 10Hz 至 100kHz 帶寬內(nèi))，LT3042 成為了業(yè)界首款噪聲低于 1μVRMS 的穩(wěn)壓器。圖 3 把 LT3042 在 10Hz 至 100kHz 范圍內(nèi)的積分輸出噪聲與 LT1763 (其為凌力爾特 10 多年來(lái)噪聲最低的一款穩(wěn)壓器) 的相應(yīng)指標(biāo)做了對(duì)比。LT3042 的超低噪聲性能可開(kāi)辟以往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，或者需要采用昂貴笨重的濾波組件才能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。

 

圖 3：輸出噪聲：10Hz 至 100kHz

 

SET 引腳電容器 (CSET) 負(fù)責(zé)對(duì)基準(zhǔn)電流噪聲、(誤差放大器輸入級(jí)) 的基極電流噪聲以及 SET 引腳電阻器 (RSET) 的固有熱噪聲進(jìn)行旁路。如圖 4 所示，通過(guò)增加 CSET 可顯著地改善低頻噪聲性能。當(dāng)采用一個(gè) 22μF CSET 時(shí)，輸出噪聲在 10Hz 時(shí)低于 20nV/√Hz。需要注意的是，電容器還會(huì)產(chǎn)生 1/f 噪聲，特別是電解電容器。為了盡量降低 1/f 噪聲，應(yīng)在 SET 引腳上采用陶瓷電容器、鉭電容器或薄膜電容器。

 

圖 4：噪聲頻譜密度

 

利用一個(gè)電池或一個(gè)較低噪聲的電壓基準(zhǔn)對(duì) SET 引腳主動(dòng)地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)可減少噪聲低于 10Hz。這么做基本上可以消除較低頻率上的基準(zhǔn)電流噪聲，僅剩下極低的誤差放大器噪聲。這種驅(qū)動(dòng) SET 引腳的能力是電流基準(zhǔn)架構(gòu)的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。此外，積分 RMS 噪聲還會(huì)隨著 SET 引腳電容的增大而得到改善，在只采用 2.2μF CSET 的情況下可降至 1μVRMS 以下，如圖 5 所示。

 

圖 5：積分型 RMS 輸出噪聲 (10Hz 至 100kHz)

 

通過(guò)增大 SET 引腳旁路電容以降低輸出噪聲通常會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間的增加。但是，LT3042 的快速啟動(dòng)電路則使此項(xiàng)折衷的難度有所降低。該快速啟動(dòng)電路可容易地利用兩個(gè)電阻器來(lái)配置;圖 6 示出了啟動(dòng)時(shí)間的顯著改善。

 

圖 6：快速啟動(dòng)能力

 

 

當(dāng)給對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用供電時(shí)，LT3042 的高 PSRR* 是很重要。圖 7 示出了 LT3042 令人難以置信的低頻和高頻 PSRR 性能，幾乎接近 120dB (在 120Hz)、79dB (在 1MHz) 和優(yōu)于 70dB (一直到 3MHz)。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，PSRR 性能則更好，如圖 8 所示。

 

當(dāng)接近壓差狀態(tài)時(shí)，傳統(tǒng) LDO 的 PSRR 性能會(huì)下降至幾十 dB，LT3042 則與之不同，即使在低輸入至輸出差分電壓條件下其亦可保持高 PSRR。如圖 9 所示，LT3042 能在高達(dá) 2MHz 頻率和僅 1V 輸入至輸出差分電壓條件下保持 70dB PSRR，并在高達(dá) 2MHz 頻率和僅 600mV 輸入至輸出差分電壓條件下保持幾乎 60dB PSRR。這種能力允許 LT3042 在低輸入至輸出差分電壓下對(duì)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行后置穩(wěn)壓 (以實(shí)現(xiàn)高效率)，而其 PSRR 性能則滿(mǎn)足了對(duì)噪聲敏感之應(yīng)用的要求。

 

圖 7：PSRR 性能

 

圖8：針對(duì)各種不同負(fù)載電流的 PSRR

 

圖 9：PSRR 與輸入至輸出差分電壓的關(guān)系曲線(xiàn)

 

 

在那些采用 LT3042 對(duì)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行后置穩(wěn)壓以在高頻條件下實(shí)現(xiàn)超高 PSRR 的應(yīng)用中，必須謹(jǐn)慎地對(duì)待從開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器至 LT3042 輸出的電磁耦合。特別地，不僅開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的 “熱環(huán)路” (hot-loop) 應(yīng)盡可能地小，由開(kāi)關(guān)電源 IC、輸出電感器和輸出電容器 (用于一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器) 形成的 “暖環(huán)路” (warm-loop) (AC 電流在高開(kāi)關(guān)頻率下流動(dòng)) 也應(yīng)該盡量地縮小，而且應(yīng)對(duì)其進(jìn)行屏蔽或?qū)⑵洳荚O(shè)在距離超低噪聲器件 (比如：LT3042 及其負(fù)載) 幾英寸的地方。雖然 LT3042 相對(duì)于 “暖環(huán)路” 的取向可為實(shí)現(xiàn)最小的磁耦合而優(yōu)化，但在現(xiàn)實(shí)中僅僅利用優(yōu)化的取向來(lái)實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制會(huì)十分困難，有可能需要進(jìn)行 PC 板的多次迭代。

 

我們來(lái)研究一下圖 10，在該圖所示的電路中，LT3042 負(fù)責(zé)對(duì)以 500kHz 頻率運(yùn)行的LT®8614 進(jìn)行后置穩(wěn)壓，并在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸入端上布設(shè)了一個(gè) EMI 濾波器。由于 LT3042 被布設(shè)在距離開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器及其外部組件僅 1~2 英寸的地方，因此不需要采取任何屏蔽措施就能在 500kHz 頻率下實(shí)現(xiàn)接近 80dB 的抑制。

 

然而，如圖 11a 突出顯示的那樣，為了實(shí)現(xiàn)該性能，在 LT3042 的輸入端上并未布設(shè)附加的電容器 (除了開(kāi)關(guān)電源輸出端上的 22μF 電容器之外)。不過(guò)，如圖 11b 所示，即使直接在 LT3042 的輸入端上布設(shè)一個(gè) 4.7μF 的小電容器，也將導(dǎo)致 PSRR 性能下降 10 倍以上。

 

這一點(diǎn)特別有悖于人們的直覺(jué) ― 增設(shè)輸入電容一般是可以減小輸出紋波的 ― 但是在 80dB 抑制水平下，由流過(guò)該 4.7μF 電容器的較高頻 (500kHz) 開(kāi)關(guān)電流所引起的磁耦合 (常常是無(wú)關(guān)緊要的) 卻會(huì)使輸出紋波性能顯著變差。盡管改變?cè)?4.7μF 輸入電容器以及把開(kāi)關(guān)電源的輸出連接至該電容器之走線(xiàn)的取向有助最大限度地減少磁耦合，但是要在這些頻率條件下實(shí)現(xiàn)接近 80dB 的抑制依然是相當(dāng)困難的，更不用說(shuō)它可能還需要進(jìn)行多次 PC 板迭代。

 

LT3042 相對(duì)較高的輸入阻抗可避免高頻 AC 電流流至其輸入端。如果 LT3042 布設(shè)在與前置穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的輸出電容器相距 3 英寸以?xún)?nèi)的地方，則其可在未使用輸入電容器的情況下保持穩(wěn)定，考慮到這一點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)最佳的 PSRR 性能，我們建議不要在 LT3042 的輸入端上安放一個(gè)電容器，或者盡量減小該電容器的數(shù)值。

 

圖 10：LT3042 對(duì) LT8614 Silent Switcher 穩(wěn)壓器進(jìn)行后置穩(wěn)壓

 

把 LT8614 連接至 LT3042 輸入的幾英寸走線(xiàn)之電感可顯著地衰減非常高頻率的電源開(kāi)關(guān)瞬態(tài)尖峰。由于來(lái)自 LT8614 “熱環(huán)路” 之磁耦合的原因，有些尖峰仍將傳播至輸出。優(yōu)化 LT3042 電路板取向可減小剩余的尖峰。由于儀表帶寬的限制，這些非常高頻率的尖峰未在圖 11 的輸出紋波中示出。

 

圖 11：LT3042 對(duì) LT8614 Silent Switcher 進(jìn)行后置穩(wěn)壓 (a) 在 LT3042 輸入端上未布設(shè)任何電容器，(b) 在 LT3042 輸入端上采用了一個(gè) 4.7μF 電容器。

 

從中可以看出，如果不采用具超高 PSRR 的 LT3042 LDO，那么想在 500kHz 頻率下實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制是一項(xiàng)難以完成的任務(wù)。其他替代產(chǎn)品無(wú)法勝任。例如：在500kHz 下，一個(gè) LC 濾波器將需要接近 40μH 電感和 40μF 電容才能實(shí)現(xiàn) 80dB 的抑制，因而不得不增設(shè)龐大、昂貴的組件。撇開(kāi)成本和電路板空間不談，如果未進(jìn)行正確的阻尼，LC 也會(huì)發(fā)生共振，從而導(dǎo)致復(fù)雜性增加。采用一個(gè) RC 濾波器的想法是站不住腳的，因?yàn)閷?shí)現(xiàn) 80dB 抑制所需的電阻是不切實(shí)際的。同樣，采用傳統(tǒng) LDO 時(shí)需要級(jí)聯(lián)至少兩個(gè) LDO 才能在 500kHz 頻率下實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制，這就必需增加組件和成本，并降低壓差電壓性能。

 

此外，為了實(shí)現(xiàn) 80dB 抑制，這些替代方案還需要關(guān)注磁場(chǎng)耦合。特別地，必須最大限度地減小高頻 AC 電流。

 

LT3042 在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)擁有超高的 PSRR，因此可實(shí)現(xiàn)上游開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的較低頻運(yùn)作 (以改善效率和 EMI)，而且在為那些對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用供電時(shí)完全不需要增加濾波器組件尺寸。

 

 

LT3042 突破性的噪聲和 PSRR 性能，再加上其堅(jiān)固性和易用性，使之非常適合為噪聲敏感型應(yīng)用供電。憑借其基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)，噪聲和 PSRR 性能不會(huì)受到輸出電壓的影響。此外，還可以把多個(gè) LT3042 直接并聯(lián)起來(lái)，以進(jìn)一步降低輸出噪聲、增加輸出電流和在 PCB 上散播熱量。