噪声敏感的应用要求采用具备超低输出噪声和超高 PSRR 性能的线性稳压器
流限制以及具迟滞的热限制功能,可用于提供安全工作区保护。
超低输出噪声
凭借其 0.8μVRMS 的输出噪声* (在 10Hz 至 100kHz 带宽内),LT3042 成为了业界首款噪声低于 1μVRMS 的稳压器。图 3 把 LT3042 在 10Hz 至 100kHz 范围内的积分输出噪声与 LT1763 (其为凌力尔特 10 多年来噪声最低的一款稳压器) 的相应指标做了对比。LT3042 的超低噪声性能可开辟以往无法实现的应用,或者需要采用昂贵笨重的滤波组件才能实现的应用。
图 3:输出噪声:10Hz 至 100kHz
SET 引脚电容器 (CSET) 负责对基准电流噪声、(误差放大器输入级) 的基极电流噪声以及 SET 引脚电阻器 (RSET) 的固有热噪声进行旁路。如图 4 所示,通过增加 CSET 可显着地改善低频噪声性能。当采用一个 22μF CSET 时,输出噪声在 10Hz 时低于 20nV/√Hz。需要注意的是,电容器还会产生 1/f 噪声,特别是电解电容器。为了尽量降低 1/f 噪声,应在 SET 引脚上采用陶瓷电容器、钽电容器或薄膜电容器。
图 4:噪声频谱密度
利用一个电池或一个较低噪声的电压基准对 SET 引脚主动地进行驱动可减少噪声低于 10Hz。这么做基本上可以消除较低频率上的基准电流噪声,仅剩下极低的误差放大器噪声。这种驱动 SET 引脚的能力是电流基准架构的另一项优势。此外,积分 RMS 噪声还会随着 SET 引脚电容的增大而得到改善,在只采用 2.2μF CSET 的情况下可降至 1μVRMS 以下,如图 5 所示。
图 5:积分型 RMS 输出噪声 (10Hz 至 100kHz)
通过增大 SET 引脚旁路电容以降低输出噪声通常会导致启动时间的增加。但是,LT3042 的快速启动电路则使此项折衷的难度有所降低。该快速启动电路可容易地利用两个电阻器来配置;图 6 示出了启动时间的显着改善。
图 6:快速启动能力
超高 PSRR 性能
当给对噪声敏感的应用供电时,LT3042 的高 PSRR* 是很重要。图 7 示出了 LT3042 令人难以置信的低频和高频 PSRR 性能,几乎接近 120dB (在 120Hz)、79dB (在 1MHz) 和优于 70dB (一直到 3MHz)。当负载电流减小时,PSRR 性能则更好,如图 8 所示。
当接近压差状态时,传统 LDO 的 PSRR 性能会下降至几十 dB,LT3042 则与之不同,即使在低输入至输出差分电压条件下其亦可保持高 PSRR。如图 9 所示,LT3042 能在高达 2MHz 频率和仅 1V 输入至输出差分电压条件下保持 70dB PSRR,并在高达 2MHz 频率和仅 600mV 输入至输出差分电压条件下保持几乎 60dB PSRR。这种能力允许 LT3042 在低输入至输出差分电压下对开关转换器进行后置稳压 (以实现高效率),而其 PSRR 性能则满足了对噪声敏感之应用的要求。
图 7:PSRR 性能
图8:针对各种不同负载电流的 PSRR
图 9:PSRR 与输入至输出差分电压的关系曲线
对开关电源实施后置稳压
在那些采用 LT3042 对开关转换器的输出进行后置稳压以在高频条件下实现超高 PSRR 的应用中,必须谨慎地对待从开关转换器至 LT3042 输出的电磁耦合。特别地,不仅开关转换器的 "热环路" (hot-loop) 应尽可能地小,由开关电源 IC、输出电感器和输出电容器 (用于一个降压型转换器) 形成的 "暖环路" (warm-loop) (AC 电流在高开关频率下流动) 也应该尽量地缩小,而且应对其进行屏蔽或将其布设在距离超低噪声器件 (比如:LT3042 及其负载) 几英寸的地方。虽然 LT3042 相对于 "暖环路" 的取向可为实现最小的磁耦合而优化,但在现实中仅仅利用优化的取向来实现 80dB 抑制会十分困难,有可能需要进行 PC 板的多次迭代。
我们来研究一下图 10,在该图所示的电路中,LT3042 负责对以 500kHz 频率运行的LT®8614 进行后置稳压,并在开关稳压器输入端上布设了一个 EMI 滤波器。由于 LT3042 被布设在距离开关转换器及其外部组件仅 1~2 英寸的地方,因此不需要采取任何屏蔽措施就能在 500kHz 频率下实现接近 80dB 的抑制。
然而,如图 11a 突出显示的那样,为了实现该性能,在 LT3042 的输入端上并未布设附加的电容器 (除了开关电源输出端上的 22μF 电容器之外)。不过,如图 11b 所示,即使直接在 LT3042 的输入端上布设一个 4.7μF 的小电容器,也将导致 PSRR 性能下降 10 倍以上。
这一点特别有悖于人们的直觉 ― 增设输入电容一般是可以减小输出纹波的 ― 但是在 80dB 抑制水平下,由流过该 4.7μF 电容器的较高频 (500kHz) 开关电流所引起的磁耦合 (常常是无关紧要的) 却会使输出纹波性能显着变差。尽管
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