低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器廣泛應用于噪聲敏感型應用已有數十年了。然而，隨著最新的精密傳感器、高速和高分辨率數據轉換器(ADC和DAC)以及頻率合成器(PLL/VCO)不斷向傳統(tǒng)的LDO穩(wěn)壓器提出挑戰(zhàn)，以產生超低輸出噪聲和超高電源紋波抑制(PSRR)，噪聲要求變得越來越難以滿足。

例如，在為傳感器供電時，電源噪聲會直接影響測量結果的準確性。開關穩(wěn)壓器通常用于配電系統(tǒng)，以實現更高的整體系統(tǒng)效率。為了構建低噪聲電源，LDO穩(wěn)壓器通常會對噪聲相對較高的開關轉換器的輸出進行后級調節(jié)，而無需使用龐大的輸出濾波電容。LDO穩(wěn)壓器的高頻PSRR性能變得至關重要。

ADI推出的LT3042是業(yè)界首款在1MHz下僅有0.8Vrms輸出噪聲和79dBPSR的線性穩(wěn)壓器。兩款類似的器件LT3045和LT3045-1可提供更高的額定值和附加功能。所有這些器件都是正LDO穩(wěn)壓器。當系統(tǒng)具有雙極性器件(例如運算放大器或ADC)時，必須在極性電源設計中使用負LDO穩(wěn)壓器。LT3094是首款具有超低輸出噪聲和超高PSRR的負LDO穩(wěn)壓器。表1列出了LT3094及相關器件的主要特性。

表1.LT3094和低噪聲LDO的特性

典型應用

LT3094具有精密電流源基準，后接高性能輸出緩沖器。負輸出電壓可通過流過單個電阻的100A精密電流源進行設置。這種基于電流基準的架構可提供寬輸出電壓范圍(0V至19.5V)，并提供幾乎恒定的輸出噪聲、PSRR和負載調節(jié)，與設置的輸出電壓無關。圖1顯示了一個典型應用，演示板如圖2所示。整體解決方案尺寸大約僅為10mm10mm。

圖1.3.3V輸出低噪聲解決方案。

圖2.演示電路顯示了一個3.3V微型解決方案。

LT3094具有超低輸出噪聲，在10Hz至100kHz范圍內為0.8Vrms，并且在1MHz時具有74dB超高PSRR。此外，LT3094具有可編程電流限制、可編程電源良好閾值、快速啟動功能和可編程輸入至輸出電壓控制(VIOC)。當LT3094對開關轉換器進行后級調節(jié)時，如果LDO穩(wěn)壓器輸出電壓可變，LDO穩(wěn)壓器兩端的電壓將通過VIOC功能保持恒定。

LT3094通過內部保護功能避免器件損壞，包括具有折返功能的內部限流、熱限制、反向電流和反向電壓保護。

直接并聯實現更高的電流

LT3094可以輕松并聯以增加輸出電流。圖3顯示了使用兩個并聯的LT3094實現1A輸出電流的解決方案。為了使兩個器件并聯，將SET引腳連接在一起，并在SET引腳和地之間放置一個SET電阻RSET。流過RSET的電流為200A，是單個器件中SET電流量的兩倍。為了獲得良好的均流特性，LT3094的每個輸出都使用一個20m的小鎮(zhèn)流電阻。

圖3.兩個并聯LT3094的原理圖。

圖4顯示了圖3中電路的熱性能，其中輸入電壓為5V，輸出電壓為3.3V，運行于1A負載電流下。每個器件的溫度大約升至50C，表明熱量均勻分布。對于更高輸出電流和更低輸出噪聲，可以并聯的器件數量沒有限制。

圖4.兩個并聯LT3094的熱圖像。

具有可變輸出電壓的正負雙電源

電源通常配置由LDO穩(wěn)壓器進行后級調節(jié)的開關轉換器，以實現低輸出噪聲和高系統(tǒng)效率。為了在功耗和PSRR之間保持適當的權衡，LDO穩(wěn)壓器的輸入和輸出之間的優(yōu)化電壓差約為1V。在可變輸出電壓系統(tǒng)中保持這種電壓差很復雜，但LT3094具有跟蹤功能VIOC，即使輸出電壓變化，它也能在LDO穩(wěn)壓器兩端保持電壓恒定。

圖5是使用LT8582、LT3045-1和LT3094的雙電源原理圖。LT8582是一款具有內置開關的雙通道PWMDC/DC轉換器，能夠從單個輸入產生正輸出和負輸出。LT8582的第一個通道配置為SEPIC用于產生正輸出，第二個通道是反相轉換器用于產生負電源軌。在負電源軌中，LT3094兩端的電壓由VIOC電壓控制

圖5.可調節(jié)的雙輸出正/負電源具有高紋波抑制和低溫運行性能。

其中VFBX2為0mV，IFBX為83.3A。將R2設置為14.7k，則對于可變輸出電壓可將VIOC電壓設置為1.23V。電阻R1為133k時，將LT3094的輸入電壓限制為16.5V，則計算如下：

電路在12V輸入下運行的熱圖像如圖6所示。當輸出電壓從3.3V變化至12V時，LT3094的溫升保持不變。表2列出了所有三款器件的電壓和電流。圖7顯示了在12V輸入下的5V電源瞬態(tài)響應。

圖6.12V輸入下的雙電源熱圖像。

圖7.12V輸入、5V輸出下的雙電源瞬態(tài)響應。

表2.12V輸入、500mA負載下的雙輸出正/負電源的電路性能

圖5中，除了LT8582的輸出電容之外，在LT3094的輸入端未放置額外電容。通常，輸入電容會降低輸出紋波，但對LT3094來說并非如此。如果LT3094具有輸入電容，則開關轉換器的開關電流將流過輸入電容，從而導致開關轉換器與LT3094輸出的電磁耦合。輸出噪聲會增加，從而使PSRR降低。如果開關穩(wěn)壓器位于具LT3094兩英寸的范圍以內，為了獲得最佳的PSRR性能，我們建議不要在LT3094的輸入端放置電容。

結論

LT3094是一款具有超低噪聲和超高PSRR的負LDO穩(wěn)壓器。它采用基于電流基準的架構，可使噪聲和PSRR性能獨立于輸出電壓，多個LT3094可以輕松并聯，以增加負載電流并降低輸出噪聲。當LT3094用于對開關轉換器進行后置調節(jié)時，VIOC功能可以最大限度地降低LDO穩(wěn)壓器的功耗，使其成為可變輸出電壓應用的理想選擇。