负线性稳压器在1MHz下具有0.8μV RMS噪声和74dB电源抑制比
作者：molly zhu， adi 公司
低压差 （ldo） 线性稳压器广泛应用于噪声敏感型应用已有数十年了。然而，随着最新的精密传感器、高速和高分辨率数据转换器 （adc 和 dac） 以及频率合成器 （pll/vco） 不断向传统的 ldo 稳压器提出挑战，以产生超低输出噪声和超高电源纹波抑制 （psrr），噪声要求变得越来越难以满足。例如，在为传感器供电时，电源噪声会直接影响测量结果的准确性。开关稳压器通常用于配电系统，以实现更高的整体系统效率。为了构建低噪声电源，ldo 稳压器通常会对噪声相对较高的开关转换器的输出进行后级调节，而无需使用庞大的输出滤波电容。ldo 稳压器的高频 psrr 性能变得至关重要。
2015 年推出的 lt3042 是业界首款在 1 mhz 下仅有 0.8 μv rms 输出噪声和 79 db psrr 的线性稳压器。两款类似的器件 lt3045 和 lt3045-1 可提供更高的额定值和附加功能。所有这些器件都是正 ldo 稳压器。当系统具有双极性器件 （例如运算放大器或 adc） 时，必须在极性电源设计中使用负 ldo 稳压器。lt3094 是首款具有超低输出噪声和超高 psrr 的负 ldo 稳压器。表 1 列出了 lt3094 及相关器件的主要特性。
典型应用
lt3094 具有精密电流源基准，后接高性能输出缓冲器。负输出电压可通过流过单个电阻的 -100 µa 精密电流源进行设置。这种基于电流基准的架构可提供宽输出电压范围 （0 v 至 -19.5 v），并提供几乎恒定的输出噪声、psrr 和负载调节，与设置的输出电压无关。图 1 显示了一个典型应用，演示板如图 2 所示。整体解决方案尺寸大约仅为 10 mm × 10 mm。
图 1.−3.3 v 输出低噪声解决方案
图 2.演示电路显示了一个 -3.3 v 微型解决方案
表 1.lt3094 和低噪声 ldo 的特性
lt3094 具有超低输出噪声，在 10 hz 至 100 khz 范围内为 0.8 µv rms，并且在 1 mhz 时具有 74 db 超高 psrr。此外，lt3094 具有可编程电流限制、可编程电源良好阈值、快速启动功能和可编程输入至输出电压控制 （vioc）。当 lt3094 对开关转换器进行后级调节时，如果 ldo 稳压器输出电压可变，ldo 稳压器两端的电压将通过 vioc 功能保持恒定。
lt3094 通过内部保护功能避免器件损坏，包括具有折返功能的内部限流、热限制、反向电流和反向电压保护。
直接并联实现更高的电流
lt3094 可以轻松并联以增加输出电流。图 3 显示了使用两个并联的 lt3094 实现 1a 输出电流的解决方案。为了使两个器件并联，将 set 引脚连接在一起，并在 set 引脚和地之间放置一个 set 电阻 rset。流过 rset 的电流为 200 µa，是单个器件中 set 电流量的两倍。为了获得良好的均流特性，lt3094 的每个输出都使用一个 20 mω 的小镇流电阻。
图 3.两个并联 lt3094 的原理图
图 4 显示了图 3 中电路的热性能，其中输入电压为 −5 v，输出电压为 −3.3 v，运行于 1a 负载电流下。每个器件的温度大约升至 50℃，表明热量均匀分布。对于更高输出电流和更低输出噪声，可以并联的器件数量没有限制。
图 4.两个并联 lt3094 的热图像
具有可变输出电压的正负双电源
电源通常配置由 ldo 稳压器进行后级调节的开关转换器，以实现低输出噪声和高系统效率。为了在功耗和 psrr 之间保持适当的权衡，ldo 稳压器的输入和输出之间的优化电压差约为 -1 v。在可变输出电压系统中保持这种电压差很复杂，但 lt3094 具有跟踪功能 vioc，即使输出电压变化，它也能在 ldo 稳压器两端保持电压恒定。
图 5 是使用 lt8582、lt3045-1 和 lt3094 的双电源原理图。lt8582 是一款具有内置开关的双通道 pwm dc/dc 转换器，能够从单个输入产生正输出和负输出。lt8582 的第一个通道配置为 sepic 用于产生正输出，第二个通道是反相转换器用于产生负电源轨。在负电源轨中，lt3094 两端的电压由 vioc 电压控制
（1）
其中 vfbx2 为 0 mv，ifbx 为 83.3 µa。将 r2 设置为 14.7 kω，则对于可变输出电压可将 vioc 电压设置为 1.23 v。电阻 r1 为 133 kω 时，将 lt3094 的输入电压限制为 16.5 v，则计算如下
（2）
电路在 12 v 输入下运行的热图像如图 6 所示。当输出电压从 ±3.3 v 变化至 ±12 v 时，lt3094 的温升保持不变。表 2 列出了所有三款器件的电压和电流。图 7 显示了在 12 v 输入下的 ±5 v 电源瞬态响应。
在图 5 中，除了 lt8582 的输出电容之外，在 lt3094 的输入端未放置额外电容。通常，输入电容会降低输出纹波，但对 lt3094 来说并非如此。如果 lt3094 具有输入电容，则开关转换器的开关电流将流过输入电容，从而导致开关转换器与 lt3094 输出的电磁耦合。输出噪声会增加，从而使 psrr 降低。如果开关稳压器位于具 lt3094 两英寸的范围以内，为了获得最佳的 psrr 性能，我们建议不要在 lt3094 的输入端放置电容。
图 5.可调节的双输出正/负电源具有高纹波抑制和低温运行性能
图 6.12 v 输入下的双电源热图像
图 7：12 v 输入、±5 v 输出下的双电源瞬态响应
表 2.12 v 输入、±500 ma 负载下的双输出正/负电源的电路性能
结论
lt3094 是一款具有超低噪声和超高 psrr 的负 ldo 稳压器。它采用基于电流基准的架构，可使噪声和 psrr 性能独立于输出电压，多个 lt3094 可以轻松并联，以增加负载电流并降低输出噪声。当 lt3094 用于对开关转换器进行后置调节时，vioc 功能可以最大限度地降低 ldo 稳压器的功耗，使其成为可变输出电压应用的理想选择。
作者简介
huiyu （molly） zhu 是 adi 公司 power by linear™ 部门的高级应用工程师。她于 1998 年和 2000 年分别获得中国清华大学电子工程学士学位和硕士学位，并于 2005 年获得弗吉尼亚理工学院暨州立大学 （位于弗吉尼亚州布莱克斯堡） 电气工程博士学位。
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lt3094 具有精密电流源基准，后接高性能输出缓冲器。负输出电压可通过流过单个电阻的 -100 µa 精密电流源进行设置。这种基于电流基准的架构可提供宽输出电压范围 （0 v 至 -19.5 v），并提供几乎恒定的输出噪声、psrr 和负载调节，与设置的输出电压无关。图 1 显示了一个典型应用，演示板如图 2 所示。整体解决方案尺寸大约仅为 10 mm × 10 mm。
图 1.−3.3 v 输出低噪声解决方案
图 2.演示电路显示了一个 -3.3 v 微型解决方案
表 1.lt3094 和低噪声 ldo 的特性
lt3094 具有超低输出噪声，在 10 hz 至 100 khz 范围内为 0.8 µv rms，并且在 1 mhz 时具有 74 db 超高 psrr。此外，lt3094 具有可编程电流限制、可编程电源良好阈值、快速启动功能和可编程输入至输出电压控制 （vioc）。当 lt3094 对开关转换器进行后级调节时，如果 ldo 稳压器输出电压可变，ldo 稳压器两端的电压将通过 vioc 功能保持恒定。
lt3094 通过内部保护功能避免器件损坏，包括具有折返功能的内部限流、热限制、反向电流和反向电压保护。
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图 3.两个并联 lt3094 的原理图
图 4 显示了图 3 中电路的热性能，其中输入电压为 −5 v，输出电压为 −3.3 v，运行于 1a 负载电流下。每个器件的温度大约升至 50℃，表明热量均匀分布。对于更高输出电流和更低输出噪声，可以并联的器件数量没有限制。
图 4.两个并联 lt3094 的热图像
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作者简介
huiyu （molly） zhu 是 adi 公司 power by linear™ 部门的高级应用工程师。她于 1998 年和 2000 年分别获得中国清华大学电子工程学士学位和硕士学位，并于 2005 年获得弗吉尼亚理工学院暨州立大学 （位于弗吉尼亚州布莱克斯堡） 电气工程博士学位。
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