使用超低噪声LDO提供“干净”的电源.doc

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1、使用超低噪声LDO提供“干净”的电源线性稳压器集成电路(IC)将电压从较高电平降至较低电平，且无需电感。低压差(LDO)线性稳压器是一种特殊类型的线性稳压器，其压差（需要保持稳压的输入和输出电压之间的差值）通常低于400mV。早期的线性稳压器设计提供大约1.3V的压差，这意味着对于5V的输入电压，器件进行调节可实现的最大输出仅为3.7V左右。然而，在当今更复杂的设计技术和晶圆制造工艺条件下，"低"大致定义为<100mV到300mV左右。此外，虽然LDO稳压器通常是任何给定系统中成本最低的元件之一，但从成本/效益角度来说，它往往是最有价值的元件之一。除了

2、输出电压调节之外，LDO稳压器的另一个关键任务是保护昂贵的后端负载免受恶劣环境条件的影响，例如电压瞬变、电源噪声、反向电压、电流浪涌等。简而言之，其设计必须坚固耐用，包括所有的保护功能，以抑制在保护负载的同时由环境带来的性能影响。许多低成本的LDO线性稳压器因没有必要的保护功能而失效，不仅会对稳压器本身造成损害，而且还会损坏后端负载。LDO稳压器与其他稳压器的比较低压降压转换和调节可以通过各种方法来实现。开关稳压器可在很宽的电压范围内高效工作，但需要外部元件（如电感和电容）才能工作，因此占用的电路板面积相对较大。无电感电荷泵（或开关电容电压转换器）也可

3、用来实现更低的电压转换，并且通常工作效率更高（取决于转换区域），但输出电流能力受限，瞬态性能较差，并且与线性稳压器相比，需要更多的外部元件。新一代高电流、低电压的快速数字IC（如FPGA、DSP、CPU、GPU和ASIC）对内核和I/O通道供电电源提出了更严格的要求。过去，由于电荷泵不能提供足够的输出电流和瞬态响应，因此这些器件一直采用高效的开关稳压器供电。但是，开关稳压器存在潜在的噪声干扰问题，有时它们的瞬态响应较慢，并且布局受限。因此，在这些应用以及其他低压系统中，可采用LDO稳压器代替。得益于近来的产品创新和功能增强，LDO稳压器具有更受欢迎的一

4、些性能优势。此外，当涉及对噪声敏感的模拟/射频应用（常见于测试和测量系统中，其机器或设备的测量精度需要比被测实体高几个数量级）时，相对于开关稳压器，LDO稳压器通常是首选。低噪声LDO稳压器为各种模拟/射频设计供电，包括频率合成器(PLL/VCO)、射频混频器和调制器、高分辨率的高速数据转换器以及精密传感器。然而，这些应用的灵敏度已经达到了传统低噪声LDO稳压器的测试极限。例如，在许多高端VCO中，电源噪声直接影响VCO输出相位噪声（抖动）。此外，为了满足整体系统效率的要求，LDO稳压器通常用于对噪声相对较高的开关转换器的输出进行后级调节，因此LDO的

5、高频电源纹波抑制(PSRR)性能变得至关重要。再者，与业界标准的开关稳压器相比，LDO稳压器的噪声水平可降低两到三个数量级，从mV(rms)范围降至几个V(rms)范围。LDO设计挑战一些集成电路，如运算放大器、仪表放大器和数字转换器（如数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)），均称为双极性，因为它们需要两个输入电源供电：一个正电源和一个负电源。正供电轨通常由正基准电压供电，或者是由更好的线性或低压差稳压器供电。负供电轨传统上由负开关稳压器或逆变器供电。但是，基于电感的开关稳压器很容易将噪声引入系统。随着负输出稳压器的出现，负输出LDO稳压器用于负

6、系统轨供电更具优势，它可以充分利用LDO稳压器的所有特性（无电感、低噪声、更高PSRR、快速瞬态响应和多重保护）。较旧的老式LDO稳压器PSRR和噪声性能要差很多，虽然仍然可以使用它们创建这类低噪声电源，但却需要大量额外的元件、电路板空间，并花费大量的设计时间才能将系统整合在一起。这些额外的元件也会依其特性（如寄生电阻等）对功率预算产生负面影响。客户使用运算放大器、ADC或其他信号链元件还将面临另一个系统性能的难题：这些IC的电源抑制能力有限，更糟糕的是，高频时的电源抑制能力可能会显著降低。在过去，这意味着需要在电路板上使用额外的滤波元件，但这会增加解

7、决方案的尺寸。此外，如果设计人员试图获得更高的精度，一旦稳压器电源噪声过高，则可能产生更多麻烦，这会导致测量场景出现不希望的变化。许多业界标准的线性稳压器采用单电压供电执行低压差工作，但大多数无法同时实现低输出噪声，极低电压转换、宽范围输入/输出电压以及广泛的保护功能。PMOSLDO稳压器可实现压降并在单电源下运行，但在低输入电压下受到传输晶体管VGS特性的限制，并且它们不具备高性能稳压器所提供的许多保护功能。基于NMOS的器件可提供快速瞬态响应，但它们需要两个偏置电源为器件供电。NPN稳压器可提供宽输入和输出电压范围，但它们需要两个电源电压或具有更高

8、的压差。相比之下，通过适当的设计架构，PNP稳压器可实现低压差、高输入电压、低噪声、高PSRR