0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

在LDO穩(wěn)壓器選型時,這幾個關(guān)鍵參數(shù)經(jīng)常被忽視!

analog_devices ? 來源:未知 ? 2023-08-22 19:40 ? 次閱讀

大多數(shù)電子設(shè)備電源提供的電壓都高于電子設(shè)備的典型工作電壓。例如,計算機的電源通過適配器插入110 VAC/220 VAC壁式插座,其消耗的電流小于1A。在各種功率半導(dǎo)體執(zhí)行一系列降壓轉(zhuǎn)換后,計算機的處理器最終可能在低于1 VDC的電壓下工作,但其峰值電流可能較高。在此類例子中,包含許多電壓范圍從低于1 V到12 V的不同內(nèi)部電壓軌。

低壓差穩(wěn)壓器通常稱為LDO穩(wěn)壓器,廣泛用于各種電子應(yīng)用,用于調(diào)節(jié)和控制從較高輸入電壓電源中輸出的較低電壓。雖然LDO穩(wěn)壓器通常出現(xiàn)在電源管理教科書的起始章節(jié),并且一般都認為這是一種非常簡單的器件,但在電路設(shè)計中選擇LDO穩(wěn)壓器時,除了電壓和電流額定值之外,還有一些技術(shù)特性也至關(guān)重要,而電路設(shè)計人員可能對此不甚了解。本文重點討論LDO穩(wěn)壓器的低噪聲要求,闡述了其他低噪聲電源解決方案,并介紹了一些需要低噪聲電源的關(guān)鍵應(yīng)用。

噪聲的來源及處理方法

LDO穩(wěn)壓器很少直接從輸入電源轉(zhuǎn)化后連接到其他電路——大多數(shù)情況下,這種使用方式的功率損耗會非常大。相反,設(shè)計人員通常使用AC-DC或DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器。當(dāng)電源(電池或AC)為開關(guān)穩(wěn)壓器供電時,電源本身可能有噪聲,并且可能會引入電纜中或PCB上的輻射以及其他效應(yīng)產(chǎn)生的外部噪聲。更糟糕的是,這種開關(guān)穩(wěn)壓器從來不存在理想的開關(guān)器件,所有開關(guān)事件都會產(chǎn)生尖峰和振鈴,最終會成為內(nèi)部噪聲。開關(guān)穩(wěn)壓器可能遠離負載放置,沿著其路徑可能會引入額外的外部噪聲。

由于LDO穩(wěn)壓器可提供較好的穩(wěn)壓性能并抑制輸出紋波,或者電路中可能存在多個負載,需要不同的電壓,所以電路中通常都會添加LDO穩(wěn)壓器,用于降低穩(wěn)壓器輸出電壓并向負載供電。LDO穩(wěn)壓器將接收所有饋送至其輸入端的噪聲,并且本身也可能產(chǎn)生噪聲,如果不進行處理,所有這些噪聲都可能傳遞到負載(圖1)。由于我們無法預(yù)測噪聲的頻譜和幅度,所以噪聲很難仿真,因此它可能會干擾非常敏感的負載電路(這就是為什么更換電源后,音響發(fā)燒友可以分辨出音質(zhì)的差異)。其他典型的敏感負載電路可能包括:射頻放大器、時鐘和時序IC、SERDES、精密模擬和圖像傳感器,以及醫(yī)療設(shè)備、測試儀器、電信、汽車和數(shù)據(jù)中心中可能存在的此類電路。

175bf766-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.svg

圖1.電源中存在噪聲

電路設(shè)計人員采用多種不同方法來降低電源中的噪聲。在穩(wěn)壓器前后添加鐵氧體磁珠或低通濾波器有助于濾除高頻噪聲;然而,這些元件可能尺寸較大且很昂貴。如果設(shè)計人員在完成最初的原型設(shè)計后,發(fā)現(xiàn)需要添加此類濾波器,就會很棘手。

一種有名的低噪聲設(shè)計方法是使用ADI公司的Silent Switcher開關(guān)穩(wěn)壓器。該產(chǎn)品系列所采用的降噪技術(shù),對尺寸和效率都沒有影響,也沒有過多的元件。該系列專有設(shè)計現(xiàn)已發(fā)展到第三代。第一代Silent Switcher 1產(chǎn)品使用一對極性相反的開關(guān)環(huán)路來抵消磁場。第二代集成了精密電源電容,消除了PCB布局敏感性。第三代融合了Silent Switcher 1產(chǎn)品的功能特性,提供低頻超低噪聲和超快瞬態(tài)響應(yīng)性能。Silent Switcher穩(wěn)壓器可支持高達65 V的輸入電壓和高達30 A的負載電流,并提供降壓、升壓或降壓-升壓拓撲功能。

另一種常用方法是使用低噪聲LDO穩(wěn)壓器。典型框圖如圖2所示。低噪聲LDO穩(wěn)壓器設(shè)計為精密電流基準,后接高性能電壓緩沖器。此類器件具有以下三個主要特性:PSRR、總積分輸出噪聲和噪聲譜密度。

PSRR表示輸入電壓引起的輸出電壓波動(圖3)。它在特定頻率下以對數(shù)形式表示,并隨不同負載和輸入/輸出電壓而變化。本質(zhì)上,我們不希望輸入噪聲出現(xiàn)在輸出端,因此使用具有較高PSRR的LDO穩(wěn)壓器至關(guān)重要。由于高頻PSRR可以通過在LDO穩(wěn)壓器前后添加小型低通濾波器來改善,因此在選擇IC時應(yīng)著重考慮較低頻率下的PSRR。選擇器件時,請記住每20 dB的差異會造成抑制紋波性能好100倍或差100倍。

17681550-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.svg

圖2.典型低噪聲LDO穩(wěn)壓器框圖

1779d29a-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.svg

圖3.低噪聲LDO穩(wěn)壓器的典型PSRR

下一個重要的因素是噪聲密度與頻率的關(guān)系,如圖4所示。有些與通信相關(guān)的應(yīng)用對工作頻譜有相關(guān)規(guī)定;因此,必須控制噪聲才能通過認證測試。還有一些傳感器應(yīng)用,其中會檢測和處理某一低頻下的環(huán)境信號。因此,設(shè)計人員應(yīng)檢查目標頻率周圍的頻譜噪聲密度曲線。

最后一個重要因素是總輸出噪聲,它是在有限頻率范圍內(nèi)累加的噪聲譜密度的均方根值。對于模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,LDO穩(wěn)壓器從DC到系統(tǒng)帶寬的所有噪聲都會累加在一起,從而影響系統(tǒng)精度。因此,總輸出噪聲對于此類應(yīng)用非常重要。圖5顯示了 LT3045的積分輸出噪聲,它比鋰離子電池更干凈。

178dff68-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.svg

圖4.噪聲密度與頻率的關(guān)系

折衷方案

幾乎所有需要配備至少一個高級處理器和其他電路的應(yīng)用,都需要提供包含多個輸出軌的復(fù)雜電源。設(shè)計人員有多種方案可以選擇,例如PMIC(多路輸出、單芯片)IC、多個單路輸出穩(wěn)壓器或多個LDO穩(wěn)壓器。如果部分或全部輸出軌需要低噪聲,那么就很難做出明確的選擇。

從教科書中我們很容易了解到,開關(guān)穩(wěn)壓器通常比LDO穩(wěn)壓器效率更高,而LDO穩(wěn)壓器電路更容易設(shè)計。在現(xiàn)實世界中,情況有點復(fù)雜。以ADI公司的 AD9162 為例。它是一款廣泛用于電信和儀器儀表系統(tǒng)的IC。它總共需要10個電源軌,按照44的比例分為模擬電源、數(shù)字電源和SERDES電源。雖然其中一些電源軌可以合并,但我們至少需要六個電源。值得注意的是,器件上的模擬1.2 V電源對噪聲最為敏感,其次是模擬2.5 V和模擬-1.2 V電源。

我們考慮使用多個Silent Switcher穩(wěn)壓器,例如18 V/2 A額定值 LT8622S 或5 V/3 A額定值 LTC3307B 。這種方式有望滿足低噪聲要求,且不用增加外部濾波器。

然而,如果所有電源軌均由Silent Switcher穩(wěn)壓器供電,那么系統(tǒng)尺寸和成本會略微較高。另一種方法是使用PMIC和反相穩(wěn)壓器作為第一級,該方法具備高效率、低成本、解決方案尺寸小和低噪聲等所有優(yōu)點。例如采用四路輸出PMIC,如 LTM4644、LTC3370、ADP5054 (用于12 V總線),而 LT8330/ADP5073 用于反相穩(wěn)壓器。然后,在除1.2 VVD之外的所有敏感電壓軌上,每個輸出軌后面都接有低噪聲LDO穩(wěn)壓器(圖6)。

如果需要更高的電壓或更高的電流額定值,ADI還提供Silent Switcher四路輸出的PMIC芯片,例如 LT8692S、LT8686S、LT8685S 和 LT7200S。設(shè)計人員還可以考慮保留3.3 VI/O和-1.2VA上的低噪聲LDO穩(wěn)壓器,并用四個單通道Silent Switcher穩(wěn)壓器替換PMIC和后面的LDO穩(wěn)壓器。

表1匯總列出了低噪聲解決方案選型標準,供設(shè)計人員在設(shè)計時參考。一般而言,當(dāng)輸入源噪聲很大、負載電流較低、需要超低輸出紋波或需要超低噪聲時,ADI公司建議使用超低噪聲LDO穩(wěn)壓器。

對于5 A+的負載電流,設(shè)計人員幾乎都會首選低噪聲PMIC或開關(guān)穩(wěn)壓器(盡管LDO穩(wěn)壓器也可以并聯(lián)以支持高電流)。

對于2 A至5 A的負載電流,設(shè)計人員可酌情選擇 ADP7158/ ADP7159、LT3073、MAX38907 等LDO穩(wěn)壓器或各種Silent Switcher穩(wěn)壓器。

17aa02ee-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.png

圖5.積分輸出噪聲(10 Hz至100 kHz);低噪聲LDO穩(wěn)壓器LT3045比電池更干凈。

17be9736-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.svg

圖6.為噪聲敏感型DAC供電的低噪聲電源解決方案

17d6f3b2-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.png

表1.低噪聲電源解決方案選型參考

應(yīng)用

ADI公司是低噪聲LDO穩(wěn)壓器市場的領(lǐng)軍企業(yè),提供豐富的超低噪聲LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)品,該類產(chǎn)品額定電壓范圍為-20 V至+20 V,電流范圍為100 mA至5 A。擁有數(shù)百個客戶,以下是一些典型的應(yīng)用示例:

  • 由于傳感器信號處理要求超低噪聲,一家著名的DSLR相機制造商選擇低噪聲LDO穩(wěn)壓器為其圖像傳感器供電

  • 亞馬遜最暢銷熱像儀制造商之一選擇低噪聲LDO穩(wěn)壓器為其紅外傳感器供電,因為這種穩(wěn)壓器是市場上噪聲很低的解決方案

  • 一家汽車一級高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)客戶選擇低噪聲LDO穩(wěn)壓器為其雷達和射頻電路供電(ADI還為該客戶提供符合AEC認證的完整電源解決方案)

  • 由于噪聲低且解決方案尺寸很小,一家內(nèi)窺鏡客戶選擇了低噪聲LDO穩(wěn)壓器

  • 一家半導(dǎo)體自動測試設(shè)備(ATE)客戶選擇ADI電源模塊和LDO穩(wěn)壓器為其ASIC供電

  • 一家游戲耳機客戶選擇低噪聲LDO穩(wěn)壓器為其音頻DAC供電

  • 由于要求低紋波,一家打印機客戶選擇了低噪聲LDO穩(wěn)壓器

  • 由于要求高PSRR和低紋波特性,一家流量計客戶選擇了低噪聲LDO穩(wěn)壓器

  • 一家大規(guī)模MIMO客戶選擇低噪聲LDO穩(wěn)壓器為其GaN功率放大器供電

一般來說,低噪聲電源對大多數(shù)敏感應(yīng)用都至關(guān)重要。設(shè)計人員表示,他們更愿意默認選擇低噪聲電源IC,從而在設(shè)計中提供額外的裕量。如果您在設(shè)計中遇到任何干擾問題,也許首先應(yīng)檢查電源部分。

先進LDO穩(wěn)壓器的未來

ADI公司提供各種超低噪聲、超高PSRR LDO穩(wěn)壓器。ADI公司還設(shè)計和銷售數(shù)百種其他LDO穩(wěn)壓器,這些穩(wěn)壓器具有高擊穿電壓、低靜態(tài)電流、自適應(yīng)引腳等不同特性,支持上游DC-DC跟蹤LDO穩(wěn)壓器負載等。盡管如此,市場仍然需要性能更好、具有更多特性的LDO穩(wěn)壓器。還有客戶要求我們提供噪聲更低、多通道、具有數(shù)字配置能力、瞬態(tài)響應(yīng)更快以及其他各種特性的LDO穩(wěn)壓器。雖然LDO穩(wěn)壓器看起來仍是一種簡單的器件,但它永遠不會消失,而且會像所有其他半導(dǎo)體器件一樣不斷演進。

17e9e206-40e0-11ee-a2ef-92fbcf53809c.gif ?查看往期內(nèi)容↓↓↓


原文標題:在LDO穩(wěn)壓器選型時,這幾個關(guān)鍵參數(shù)經(jīng)常被忽視!

文章出處:【微信公眾號:亞德諾半導(dǎo)體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。


聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 亞德諾
    +關(guān)注

    關(guān)注

    6

    文章

    4680

    瀏覽量

    15987

原文標題:在LDO穩(wěn)壓器選型時,這幾個關(guān)鍵參數(shù)經(jīng)常被忽視!

文章出處:【微信號:analog_devices,微信公眾號:analog_devices】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    LDO穩(wěn)壓器的常見故障

    LDO(Low Dropout Regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器作為電子系統(tǒng)中常見的電源管理器件,其性能穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠運行。實際應(yīng)用中,
    的頭像 發(fā)表于 09-11 15:22 ?2147次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器的過流保護機制

    LDO穩(wěn)壓器(Low-Dropout Regulator)實現(xiàn)過流保護方面,采用了多種機制來確保負載電流超過其額定值時能夠保護電路不受損壞。以下是對
    的頭像 發(fā)表于 09-11 14:14 ?1517次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器電路板上的應(yīng)用

    LDO穩(wěn)壓器(Low-Dropout Regulator)電路板上的應(yīng)用廣泛且重要,其作為電壓穩(wěn)壓器的一種,能夠輸入電壓波動或負載變化時
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:43 ?648次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器和串聯(lián)穩(wěn)壓器的區(qū)別

    LDO穩(wěn)壓器(Low-Dropout Regulator)和串聯(lián)穩(wěn)壓器電子領(lǐng)域中都是常見的穩(wěn)壓器件,它們各自具有獨特的特點和應(yīng)用場景。
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:41 ?598次閱讀

    使用LDO穩(wěn)壓器時需要注意什么

    LDO(Low-Dropout)穩(wěn)壓器是一種線性穩(wěn)壓器,廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中,用于將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的、較低的輸出電壓。其使用涉及多個方面,包括選型、電路設(shè)計、布局與散熱、以及
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:39 ?615次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器怎么選型

    LDO穩(wěn)壓器(Low Dropout Linear Regulator)的選型是一個綜合性的過程,需要考慮多個因素以確保所選的LDO能夠滿足特定應(yīng)用的需求。
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:35 ?876次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器有什么作用

    LDO穩(wěn)壓器(Low Dropout Linear Regulator)電子設(shè)備中扮演著至關(guān)重要的角色,其主要作用是將不穩(wěn)定的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定且可調(diào)的輸出電壓,以滿足各種電子器件對電源質(zhì)量的要求。以下將詳細闡述
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:34 ?611次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器的定義和工作原理

    LDO穩(wěn)壓器,全稱Low Dropout Linear Regulator(低壓差線性穩(wěn)壓器),是一種將較高電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓并提供穩(wěn)定輸出的電子元件。相比于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器,
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:13 ?966次閱讀

    LDO穩(wěn)壓器的引腳定義

    的引腳定義是其基本功能和連接方式的重要組成部分,不同的LDO穩(wěn)壓器可能具有不同的引腳配置,但通常包括以下幾個基本引腳。
    的頭像 發(fā)表于 09-11 11:12 ?1618次閱讀

    LDO和DCDC有什么不同,該如何選型

    LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)和DCDC(直流-直流轉(zhuǎn)換電源管理領(lǐng)域都扮演著重要角色,但它們多個方面存在顯著差異。
    的頭像 發(fā)表于 09-11 09:44 ?4065次閱讀

    ldo與普通線性穩(wěn)壓器的區(qū)別

    LDO(Low Dropout Regulator)是一種低噪聲、低功耗、低紋波的線性穩(wěn)壓器,廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。與普通線性穩(wěn)壓器相比,LDO具有許多優(yōu)點,但也存在一些局限性。本
    的頭像 發(fā)表于 07-14 10:05 ?1247次閱讀

    LDO關(guān)鍵參數(shù)解析

    現(xiàn)代電子設(shè)備中,電源管理是一項至關(guān)重要的技術(shù)。為了確保電路的穩(wěn)定運行,我們需要一個能夠穩(wěn)定輸出電壓的電源模塊。其中,低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,簡稱LDO)因其
    的頭像 發(fā)表于 05-21 15:12 ?1034次閱讀

    什么是LDO噪聲呢?低壓降(LDO穩(wěn)壓器原理

    能夠電源輸入和輸出端之間保持低壓差的線性穩(wěn)壓器通常稱為低壓降(LDO穩(wěn)壓器。其基本特點是無論輸出電流、輸入電壓、熱漂移或工作壽命(老化)如何變化。
    發(fā)表于 04-28 10:30 ?847次閱讀
    什么是<b class='flag-5'>LDO</b>噪聲呢?低壓降(<b class='flag-5'>LDO</b>)<b class='flag-5'>穩(wěn)壓器</b>原理

    線性穩(wěn)壓器關(guān)鍵規(guī)格有哪些

    線性穩(wěn)壓器的重要規(guī)格涵蓋了多個參數(shù),這些參數(shù)決定了穩(wěn)壓器的性能和應(yīng)用范圍。以下是線性穩(wěn)壓器的一些關(guān)鍵
    的頭像 發(fā)表于 02-25 15:44 ?1059次閱讀

    LDO線性穩(wěn)壓器電路圖講解

    LDO線性穩(wěn)壓器電路圖講解
    的頭像 發(fā)表于 01-19 10:26 ?897次閱讀
    <b class='flag-5'>LDO</b>線性<b class='flag-5'>穩(wěn)壓器</b>電路圖講解