摘要

本文介绍了在选择LDO稳压器时不明显的几个关键参数。本文还比较了开关稳压器和LDO稳压器在特殊低噪声要求下的性能。本文还讨论了行业趋势，最后介绍了需要高性能ldo调节器的应用程序。

介绍

大多数电子设备都有一个电源，提供比电子设备典型工作电压更高的电压。例如，将计算机的电源适配器插入110v (AC)/ 220v (AC)的墙壁插座，并消耗不到1安培。在各种功率半导体执行一系列降压电压转换后，计算机的处理器最终可能工作在1v (DC)以下，但在峰值时可能消耗许多安培。在这些例子中有许多不同的内部电压轨，范围可能从低于1v到12v。

低差稳压器，通常被称为LDO稳压器，广泛用于各种电子应用中，以调节和控制从高输入电压电源提供的较低输出电压。虽然LDO稳压器经常在任何电源管理教科书的开头介绍，并且通常被认为是一个非常简单的设备，但电路设计师可能不太了解某些技术特征，这些技术特征对于选择LDO稳压器至关重要，而不是其电压和电流额定值。本文重点讨论了LDO稳压器的低噪声要求，解释了其他低噪声电源解决方案，并介绍了需要低噪声电源的关键应用。

噪声的来源及处理方法

LDO稳压器很少直接从电源到其他电路使用，在大多数情况下功率损耗太大。相反，设计师通常使用AC-to-DC或DC-to-DC开关稳压器。当电源(电池到交流)馈送开关调节器时，它可能有自己的噪声，并可能拾取由电缆或pcb中的旋转和其他影响产生的外部噪声。更糟糕的是，在这样的开关调节器中从来没有一个理想的开关，所有的开关事件都会产生尖峰和振铃，最终成为内部噪声。开关稳压器可能被放置在远离负载的地方，并且可能在其路径上拾取额外的外部噪声。

通常，添加LDO稳压器来降压稳压器输出并馈送负载，因为LDO稳压器可以提供更好的调节，抑制输出纹波，或者可以有多个负载需要不同的电压。LDO稳压器将接收所有输入到其输入的噪声，并可能产生自己的噪声，如果不进行处理，所有这些噪声都可能传递给负载(图1)。由于难以模拟，我们无法预测噪声的频谱和幅度，因此它可能会干扰非常敏感的负载电路(这就是为什么发声器在更换电源时可以分辨出音质的差异)。其他典型的敏感负载电路可能包括射频放大器、时钟和定时ic、SERDES、精度和图像传感器，以及可能在医疗设备、测试仪器、电信、汽车和数据中心中发现的此类电路。

电路设计师已经采取了不同的方法来降低电源中的噪音。在稳压器前后加铁氧体磁珠或低通滤波器有助于滤除高频噪声;然而，它们体积庞大，价格昂贵。当设计师在最初的设计原型完成后发现需要这样的过滤器时，这是非常痛苦的。

一种著名的低噪声设计方法是使用Devices的Silent Switcher 开关稳压器。该产品系列采用降噪技术，而不会影响尺寸，效率或过多的组件。这个家族的专利设计现在已经发展到第三代。第一代静音开关1产品使用一对极性相反的开关回路来抵消磁场。第二代集成了精密电源电容器，消除了PCB布局的敏感性。第三代包括Silent Switcher 1产品的特点，提供超低的低频噪声和超快的瞬态响应。静音开关稳压器可以支持高达65 V的输入电压和高达30 A的负载电流，并提供降压，升压或降压升压拓扑。更多信息可以在Silent Switcher产品页面找到。

另一种流行的方法是使用低噪声LDO稳压器。一个典型的框图如图2所示。低噪声LDO稳压器被设计成一个精确的电流参考，然后是一个高性能的电压缓冲。它们的主要特征是三个关键因素:PSRR、总集成输出噪声和噪声谱密度。

PSRR表示输入电压引起的输出电压波动(图3)，在特定频率下以对数形式表示，随负载和输入/输出电压变化。从本质上讲，由于我们不希望输入噪声反射到输出，因此使用高PSRR的LDO稳压器至关重要。由于可以通过在LDO稳压器前后添加小的低通滤波器来提高高频PSRR，因此在IC选择中更重要的是较低频率的PSRR。在零件选择时，记住每20 dB的差异在抑制波纹方面是100倍的好或坏。

下一个重要的图是噪声密度与频率的关系图，如图4所示。有一些与通信相关的应用对频谱有规定;因此，必须控制噪音以通过认证测试。也有传感器的应用，其中环境信号被感知和处理在一定的低频。因此，设计人员应检查感兴趣频率附近的频谱噪声密度曲线。

最后一个重要因素是总(积分)输出噪声，它是在有限频率范围内积分的频谱噪声密度的均方根值。对于数字或数字转换电路，从直流到系统带宽的所有LDO稳压器噪声都集成在一起，影响系统精度。因此，总输出噪声对于此类应用非常重要。图5是LT3045的综合噪声，它比锂离子电池更安静。

妥协

对于几乎所有需要至少一个高级处理器和其他电路的应用，都需要包含多个输出轨的复杂电源。在这里，设计人员可以选择各种选项，例如PMIC(多输出，单芯片)IC，多个单输出稳压器或多个LDO稳压器。如果在一些或所有这些输出轨上需要低噪声，那么在选项上就变得相当不清楚。

从教科书中，我们可以很容易地理解，开关稳压器通常比LDO稳压器更有效，并且LDO稳压器电路更容易设计。在现实世界中，这有点复杂。以AD9162为例。它是一种广泛应用于电信和仪表系统的集成电路。它总共需要10个电源轨，分成4:2:4作为电源、数字电源和SERDES电源。虽然这些轨道中的一些可以组合在一起，但我们至少需要六个供应品。值得注意的是，1.2 V是设备上对噪声最敏感的电源，其次是2.5 V和-1.2 V。

这里一种可能的方法是使用多个Silent Switcher稳压器，例如最新发布的18 V/ 2a额定LT8622S或5 V/ 3a额定LTC3307B。它们很可能在不增加外部滤波器的情况下满足低噪声要求。

然而，如果所有轨道都由Silent Switcher调节器供电，系统的大小和成本将会稍微高一些。另一种结合了高效率、低成本、小解决方案尺寸和低噪声等优点的方法是使用PMIC和逆变稳压器作为第一级。一个例子是四倍输出PMIC，如LTM4644, LTC3370, ADP5054(用于12 V总线)和LT8330 / ADP5073用于逆变稳压器。然后，除了1.2 V V(D)外，所有敏感电压轨上的低噪声LDO稳压器都跟随每个输出轨(图6)。

如果需要更高的电压或更高的额定电流，还提供静音开关四输出pmic，如LT8692S, lt86686s, lt86685s和LT7200S。

设计人员还可以考虑将低噪声LDO稳压器保持在3.3 V(I/O)和-1.2 V(A)，并用四个单通道静音切换稳压器替换PMIC和以下LDO稳压器。

为了总结选择标准，设计人员可以参考表1中的低噪声解决方案。一般来说，当输入源可能非常嘈杂时，当负载电流很低时，当期望输出纹波最低时，或者当期望最低噪声时，建议使用超低噪声LDO稳压器。

对于5 a +的负载电流，设计人员几乎完全选择低噪声PMIC或开关稳压器(尽管LDO稳压器也可以并联以支持高电流)。

对于2 A至5 A的负载电流，每个设计人员可以自行选择LDO稳压器，如ADP7158 / ADP7159, LT3073, MAX38907或各种静音切换稳压器。

应用程序

是低噪音LDO稳压器的市场领导者。在最近收购Linear Technologies和Maxim Integrated后，该产品组合进一步加强。现在拥有从-20 V到+20 V额定值，从100 mA到5 a的超低噪声LDO稳压器的广泛组合。

在数百个客户中，以下是一些典型的应用示例:

• 一家著名的数码单反相机制造商选择低噪声LDO稳压器为其图像传感器供电，因为处理传感器信号所需的超低噪声

• 亚马逊上最畅销的热像仪制造商选择了低噪声LDO调节器来驱动其红外传感器，因为它们是市场上发现的最低噪声解决方案

• 一家汽车一级高级驾驶辅助系统(ADAS)客户选择低噪声LDO稳压器为其雷达和射频电路供电(同时为该客户提供aec合格的完整电源解决方案)。

• 一个内窥镜客户选择了低噪音的LDO调节器，因为低噪音和小的解决方案尺寸

• 半导体自动测试设备(ATE)客户选择电源模块和LDO稳压器为其ASIC供电

• 一个游戏耳机客户选择低噪声LDO稳压器为其音频DAC供电

• 由于低纹波要求，打印机客户选择了低噪声LDO稳压器

• 流量计客户选择低噪声LDO稳压器由于高PSRR和低纹波性质

• 一家大型MIMO客户选择低噪声LDO稳压器为其GaN功率放大器供电

一般来说，低噪声电源对大多数敏感应用至关重要，设计人员告诉我们，他们宁愿默认选择低噪声功率ic，以在设计中提供额外的余量。如果您在设计中遇到任何干扰问题，请先检查电源。

先进LDO监管机构的未来

具有宽范围的超低噪声，超高PSRR LDO稳压器。还设计和销售数百种其他各种功能的LDO稳压器，如高击穿电压，低静态电流和自适应引脚，以允许上游dc - dc跟踪LDO稳压器负载等。尽管如此，市场仍要求更好的LDO监管机构定期提供更多功能。我们有客户要求我们的LDO稳压器具有更低的噪声，多通道，数字可配置性，更快的瞬态响应和各种想法。虽然它看起来仍然是一个简单的设备，但LDO调节器永远不会消失，并且会像所有其他半导体一样不断发展。如有任何问题或需要支持，请随时咨询离您最近的销售办事处。请参阅LDO线性稳压器参数搜索和LDO Plus产品组合，其中包括具有附加功能的LDO稳压器。