什么是低噪声稳压器？

2021-08-20

什么是低噪声稳压器？

您的 IC 需要稳定的直流電(diàn)源才能(néng)正常运行，低噪声是任何直流稳压器的标准要求。在某些情况下，只要可(kě)以过滤噪声，您可(kě)能(néng)会担心额外的几 dB 负载调节，但需要超精确时序和输入電(diàn)压范围非常窄的组件的应用(yòng)需要非常稳定的直流電(diàn)压和低噪声含量。那么您如何确定低噪声的确切限制，以及哪些类型的稳压器最适合这些应用(yòng)？

如果您从未查看过電(diàn)压调节器规格，您可(kě)能(néng)不得不依靠市场营销来為(wèi)您的下一个系统找到低噪声電(diàn)压调节器。然而，稳压器本身并不是全部，还需要其他(tā)组件和布局策略来确保稳压器提供稳定的低噪声 DC 输出。以下是您需要了解的有(yǒu)关不同类型的低噪声稳压器以及如何选择最适合您需求的组件的信息。

低噪声稳压器基础知识

从技术上讲，可(kě)以从任何拓扑结构构建低噪声稳压器；如何使噪声足够低以供实际使用(yòng)是元件或電(diàn)路设计人员要处理(lǐ)的另一件事。您选择的稳压器组件将具有(yǒu)许多(duō)重要的规格，但以下三个基本上会告诉您有(yǒu)关稳压器处理(lǐ)噪声（内部产生的和外部的）所需的一切。

電(diàn)源抑制比 (PSRR)。简而言之，该规范告诉您有(yǒu)多(duō)少来自上游電(diàn)源的传导噪声（以 dB 為(wèi)单位）被稳压器拒绝。LDO 中的误差放大器可(kě)确保高 PSRR（类似于开关转换器），但如果需要高降压，则它们效率低下。

输出调节。这可(kě)以相对于标称值或百分(fēn)比以 dB 為(wèi)单位进行测量。真正的低噪声稳压器应该具有(yǒu)非常低的输出调节值；最好的组件将具有(yǒu)低于 1% 的调节等级。该规范也可(kě)以根据 RMS 输出定义為(wèi)标称電(diàn)压输出的一部分(fēn)。

噪声功率密度。这显示了您希望在任意频率范围内看到的噪声量。相关范围可(kě)以从直流到非常高的频率（100 kHz 到 1 MHz），或者到开关稳压器的开关频率。

上面列出的所有(yǒu)三个量都与频率有(yǒu)关。请注意，噪声功率密度包含所有(yǒu)内部产生的噪声源，包括任何内部开关噪声。在选择低噪声稳压器时，需要同时考虑这三个规格。例如，如果输入具有(yǒu) 0 dB PSRR，那么低输出调节和噪声功率密度就毫无意义。同样，如果输出调节值非常高，PSRR 也无关紧要。

从分(fēn)立元件构建稳压器

稳压器输出上或稳压器 IC 本身内的其他(tā)支持電(diàn)路有(yǒu)助于进一步降低稳压器输出上的噪声。例如，如果您要使用(yòng)分(fēn)立元件构建自己的線(xiàn)性稳压器，则使用(yòng)電(diàn)容倍增器是降低噪声的一种简单但有(yǒu)效的方法；这种拓扑结构通常用(yòng)于音频或低频 RF 稳压器，无需特殊组件。另一个例子是有(yǒu)源调节器，它提供理(lǐ)论上完美的降噪。

如果您想进一步降低噪声，您需要对输入/输出进行额外的过滤，或者您需要使用(yòng)高度工程化的集成解决方案。您还应该考虑输出过滤和开关频率如何影响稳压器中的噪声含量。

开关频率和过滤的作用(yòng)

如果您正在寻找开关转换器，则会在稳压器的输出上增加一些额外的噪声。本质上，开关稳压器将来自交流電(diàn)源的低频纹波转换為(wèi)高频噪声，该噪声分(fēn)布在 PWM 信号的带宽上。这应该说明了為(wèi)什么许多(duō)低噪声稳压器组件是 LDO；它们没有(yǒu)任何开关噪音。了解有(yǒu)关开关转换器设计以及如何為(wèi)转换器选择最佳频率的更多(duō)信息。

与 CISPR 限制相比，以两种模式驱动的降压转换器产生的示例噪声频谱。

最后，如果您需要稳压器的噪声含量非常低，可(kě)以使用(yòng)高阶低通滤波器来去除设备中的一些噪声含量。这些滤波器可(kě)以由无源器件设计，但在使用(yòng)开关稳压器在高電(diàn)流下工作时要小(xiǎo)心布局；开关动作会产生一个高磁场，可(kě)以在滤波器输出上感应出電(diàn)流，然后向下游传播到其他(tā)组件。

两个示例低噪声稳压器

意法半导體(tǐ)，LD56100

对于低压、中等電(diàn)流应用(yòng)，STMicroelectronics的LD56100 系列是一种低噪声 LDO，可(kě)提供高达 5.5 V 的输出和 1 A 電(diàn)流。它提供 120 mV 的极低压差，并使用(yòng)集成陶瓷電(diàn)容器稳定输出。PSRR 的额定值為(wèi) 70 dB（1 kHz 频率），在 3 V 输出时具有(yǒu) 0.13 mV RMS 噪声。

LD56100 低噪声 LDO 稳压器的框图。

ADI公司的LTC7151S

低成本、低噪声稳压器的一个例子是ADI 公司的LTC7151S。这款 SMD 低噪声稳压器通过集成 PWM 驱动器提供 400 kHz 至 3 MHz 的用(yòng)户控制可(kě)调开关频率，使其成為(wèi)需要低损耗大功率开关转换器的系统的绝佳选择。输入范围高达 20 V，输出范围高达 5.5 V，向负载提供 15 A。提供两种電(diàn)源调节模式，在整个输出電(diàn)流范围内都将输出负载调节保持在 0.25% 以下。

LTC7151S 低噪声稳压器应用(yòng)電(diàn)路。

電(diàn)力系统的其他(tā)组件

低噪声稳压器本身不会降低噪声，您的稳压器部分(fēn)将需要其他(tā)组件来提供所需的功率输出和本底噪声。对于高功率系统中非常精确的调节，同时保持稳定性和确保低噪声是一项重大挑战，需要一系列其他(tā)電(diàn)源管理(lǐ)组件。以下是您的产品可(kě)能(néng)需要的其他(tā)一些组件：

表面贴装電(diàn)感

高压電(diàn)容器

用(yòng)于高功率系统的電(diàn)流检测放大器

用(yòng)于过压保护的 TVS 二极管

用(yòng)于输入传导 EMI 抑制的共模扼流圈