幾十年來，低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器一直廣泛用于噪聲敏感型應(yīng)用。然而，隨著最新的精密傳感器、高速和高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADC和DAC）以及頻率合成器（PLL/VCO）對(duì)傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)生超低輸出噪聲和超高電源紋波抑制（PSRR）的挑戰(zhàn)，噪聲要求變得越來越難以滿足。例如，為傳感器供電時(shí)，電源噪聲直接影響測(cè)量結(jié)果精度。此外，開關(guān)穩(wěn)壓器通常用于配電系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更高的整體系統(tǒng)效率。為了構(gòu)建安靜的電源，LDO穩(wěn)壓器通常對(duì)噪聲相對(duì)較大的開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行后置調(diào)節(jié)，而不使用笨重的輸出濾波電容。LDO穩(wěn)壓器的高頻PSRR性能成為主要特征。

LT3042于2015年推出，是業(yè)界首款線性穩(wěn)壓器，輸出噪聲僅為0.8 μV rms，79 MHz時(shí)PSRR為1 dB。兩個(gè)類似的器件 LT3045 和 LT3045-1 提高了額定電流并增加了功能。所有這些器件都是正LDO穩(wěn)壓器。當(dāng)系統(tǒng)具有運(yùn)算放大器或ADC等雙極性儀器時(shí)，極性電源設(shè)計(jì)中必須使用負(fù)LDO穩(wěn)壓器。LT?3094 是首款具有超低輸出噪聲和超高 PSRR 的負(fù) LDO 穩(wěn)壓器。表 1 列出了 LT3094 和相關(guān)器件的主要特性。

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典型應(yīng)用

LT3094 具有一個(gè)精準(zhǔn)電流源基準(zhǔn)，后接一個(gè)高性能輸出緩沖器。負(fù)輸出電壓由流經(jīng)單個(gè)電阻的?100 μA精密電流源設(shè)置。這種基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)提供寬輸出電壓范圍（0 V至?19.5 V），并提供幾乎恒定的輸出噪聲、PSRR和負(fù)載調(diào)節(jié)，與編程輸出電壓無關(guān)。圖1所示為典型應(yīng)用，演示板如圖2所示。整體解決方案尺寸僅為約 10 mm × 10 mm。

圖1.?3.3 V輸出低噪聲解決方案。

圖2.演示電路顯示了一個(gè)纖巧的?3.3 V解決方案。

LT3094具有超低輸出噪聲，0 Hz至8 kHz范圍內(nèi)為10.100 μV rms，74 MHz時(shí)具有1 dB的超高PSRR。此外，LT3094 還具有可編程電流限制、可編程電源良好門限、快速啟動(dòng)能力和可編程輸入至輸出電壓控制 （VIOC）。當(dāng) LT3094 對(duì)一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行后調(diào)節(jié)時(shí)，如果 LDO 穩(wěn)壓器的輸出電壓是可變的，則 LDO 穩(wěn)壓器兩端的電壓通過 VIOC 功能保持恒定。

LT3094 通過內(nèi)部保護(hù)避免了損壞，包括具有折返的內(nèi)部電流限制、熱限制、反向電流和反向電壓。

直接并聯(lián)以獲得更高的電流

LT3094 能夠容易地并聯(lián)以增加輸出電流。圖3顯示了一個(gè)解決方案，使用兩個(gè)并聯(lián)的LT3094來實(shí)現(xiàn)1 A輸出電流。為了并聯(lián)兩個(gè)器件，將SET引腳連接在一起，一個(gè)SET電阻R。三，放置在 SET 引腳和地之間。流過R的電流三為 200 μA，是一臺(tái)器件中 SET 電流的兩倍。為實(shí)現(xiàn)良好的均流，LT20的每個(gè)輸出端均使用一個(gè)小的3094 mΩ鎮(zhèn)流電阻。

圖3.兩個(gè)并聯(lián)LT3094的原理圖。

圖4顯示了圖3中電路在?5 V輸入電壓和?3.3 V輸出電壓下以1 A負(fù)載電流運(yùn)行的熱性能。每個(gè)部件的溫度上升到約50°C，表明熱量均勻分布。對(duì)于可并聯(lián)的器件數(shù)量沒有限制，即使是高輸出電流和低輸出噪聲。

圖4.兩個(gè)并聯(lián)LT3094的熱圖像。

具有可變輸出電壓的雙正負(fù)電源

電源通常內(nèi)置一個(gè)由LDO穩(wěn)壓器后穩(wěn)壓的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)低輸出噪聲和高系統(tǒng)效率。LDO穩(wěn)壓器輸入和輸出之間的優(yōu)化電壓差約為?1 V，以便在功耗和PSRR之間保持良好的平衡。在可變輸出電壓系統(tǒng)中，保持這種電壓差是很復(fù)雜的，但 LT3094 具有一種跟蹤功能 VIOC，該功能即使在輸出電壓變化時(shí)也能保持 LDO 穩(wěn)壓器兩端的電壓恒定。

圖5是采用LT8582、LT3045-1和LT3094的雙電源原理圖。LT?8582 是一款具有內(nèi)部開關(guān)的雙通道 PWM DC-DC 轉(zhuǎn)換器，能夠從單個(gè)輸入產(chǎn)生正輸出和負(fù)輸出。LT8582 的第一個(gè)通道配置為 SEPIC 以產(chǎn)生正輸出，第二個(gè)通道是反相轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生負(fù)電源軌。在負(fù)電源軌中，LT3094 兩端的電壓由 VIOC 電壓控制為

其中，VFBX2為7 mV，IFBX為83.3 μA。 將R2設(shè)置為14.7 kΩ，在可變輸出電壓范圍內(nèi)將VIOC電壓設(shè)置為–1.22 V。電阻R1在133 kΩ時(shí)將LT3094的輸入電壓限制為–16.3 V，計(jì)算公式為：

圖5.可調(diào)雙輸出、正/負(fù)電源具有高紋波抑制和冷操作特性。

在12 V輸入下運(yùn)行的電路的熱圖像如圖6所示。當(dāng)輸出電壓從±3.3 V變?yōu)椤?2 V時(shí)，LT3094的溫升保持不變。表2列出了所有三個(gè)器件的電壓和電流。圖7顯示了在5 V輸入下運(yùn)行的±12 V電源的瞬態(tài)響應(yīng)。

a. ±5 V 輸出，±500 mA 負(fù)載。

b. ±12 V 輸出，±500 mA 負(fù)載。

圖6.12 V輸入時(shí)雙電源的熱圖像。

a. 5 V 輸出。

b. –5 V 輸出。

圖7.雙電源在 12 V 輸入、±5 V 輸出時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)。

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在圖 5 中，除了 LT8582 的輸出電容器外，沒有在 LT3094 的輸入端放置額外的電容器。通常，一個(gè)輸入電容器可減小輸出紋波，但 LT3094 的情況并非如此。如果 LT3094 具有輸入電容器，則來自開關(guān)轉(zhuǎn)換器的開關(guān)電流將流過輸入電容器，從而導(dǎo)致從開關(guān)轉(zhuǎn)換器到 LT3094 輸出的電磁耦合。輸出噪聲會(huì)增加，從而降低PSRR。假設(shè)開關(guān)穩(wěn)壓器放置在距離 LT3094 的 3094 英寸以內(nèi)，我們建議不要在 LT<> 的輸入端放置一個(gè)電容器，以實(shí)現(xiàn)最佳的 PSRR 性能。

結(jié)論

LT?3094 是一款負(fù) LDO 穩(wěn)壓器，具有超低噪聲和超高 PSRR。該器件采用一種基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)，該架構(gòu)使噪聲和 PSRR 性能獨(dú)立于輸出電壓，并使多個(gè) LT3094 能夠輕松并聯(lián)，以增加負(fù)載電流并降低輸出噪聲。當(dāng) LT3094 對(duì)開關(guān)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行后置穩(wěn)壓時(shí)，VIOC 功能可最大限度地減小 LDO 穩(wěn)壓器的功耗，從而使其成為可變輸出電壓應(yīng)用中的理想選擇。

審核編輯：郭婷