當(dāng)說到給那些對噪聲敏感的模擬、RF和傳感器 應(yīng)用供電時，低壓差( LDO )線性穩(wěn)壓器通常比功能相同的開關(guān)穩(wěn)壓器更受用戶的青睞。低噪聲 LDO 可為眾多的 模擬 /RF 設(shè)計供電，包括頻率合成器( PLL / VCO )、 RF 混頻器和調(diào)制器、高速和高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 ( ADC 和 DAC )以及高精度傳感器。然而，這些應(yīng)用對于功能和靈敏度的要求已經(jīng)開始逐步考驗著傳統(tǒng)低噪聲 LDO 的性能極限。

例如，在許多高端VCO 中，電源噪聲直接影響著 VCO 輸出相位噪聲(抖動)。而且，為了滿足整體 系統(tǒng)效率要求，LDO 通常對噪聲相對較大的開關(guān)轉(zhuǎn)換器之輸出進行后置穩(wěn)壓，因此 LDO 的高頻電源抑 制比 ( PSRR )性能變得至關(guān)重要。憑借其超低輸出 噪聲和超高 PSRR 性能，GM1200 能夠直接為某些對噪聲最為敏感的應(yīng)用供電，同時對開關(guān)轉(zhuǎn)換器的 輸出實施后置穩(wěn)壓，并不需要龐大的濾波電路。表 1 比較了 GM1200 與傳統(tǒng)低噪聲穩(wěn)壓器的噪聲性能。

表1 GM1200 與傳統(tǒng)低噪聲LDO 的比較

   

高性能、可靠性和易用性

 

GM1200是一款高性能低壓差線性穩(wěn)壓器，其采用共模半導(dǎo)體的超低噪聲和超高PSRR 架構(gòu)以為對噪聲敏感的應(yīng)用供電。GM1200 盡管擁有高性能，但其同時也保持了易用性和可靠性。圖1 為該器件的一款典型應(yīng)用電路，2022年共模半導(dǎo)體推出了纖巧型的3mm x 3mm DFN 封裝的GM1200，可使整體解決方案尺寸保持小巧。2023年又推出了MSOP封裝的GM1200，易于焊接的同時保持成本不增加。

GM1200 被設(shè)計為一款后隨高性能電壓緩沖器的高精度電流基準(zhǔn)，其可容易地通過并聯(lián)以增加輸出電流、在PCB 上散播熱量并進一步降低噪聲，輸出噪聲的降幅為并聯(lián)器件數(shù)目的平方根。該器件基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)可提供寬輸出電壓范圍( 1.5V 至 15V ) 并保持單位增益運作，從而獲得了幾乎恒定的輸出噪聲、PSRR、帶寬和負(fù)載調(diào)節(jié)，這與編程輸出電壓無關(guān)。

  

圖1 GM1200 的典型應(yīng)用

除了提供超低噪聲和超高PSRR 性能之外， GM1200 還擁有豐富的其他特性，例如：可編程電流限值、可編程電源良好門限和快速啟動能力。 此外，GM1200 包括內(nèi)部電流限制以及具遲滯的熱限制功能，可用于提供安全工作區(qū)保護。

超低輸出噪聲

憑借其0.8 μVRMS 的輸出噪聲 ( 在 10Hz 至 100kHz 帶寬內(nèi))，GM1200 成為了國內(nèi)首款噪聲低于1 μVRMS 的穩(wěn)壓器，如圖2 所示。GM1200 的超低噪聲性能可開辟以往無法實現(xiàn)的應(yīng)用，或者需要采用昂貴笨重的濾波組件才能實現(xiàn)的應(yīng)用。

   

圖2 輸出噪聲：10Hz 至 100kHz

SET 引腳電容器 ( CSET ) 負(fù)責(zé)對基準(zhǔn)電流噪聲、 (誤差放大器輸入級) 的基極電流噪聲以及 SET 引 腳電阻器 ( RSET ) 的固有熱噪聲進行旁路。如圖 3 所示，通過增加CSET 可顯著地改善低頻噪聲性能。當(dāng)采用一個4.7 μF CSET 時，輸出噪聲在10Hz 時低于 100nV/√Hz。需要注意的是，電容器還會產(chǎn)生 1/f 噪聲，特別是電解電容器。為了盡量降低1/f 噪聲，應(yīng)在 SET 引腳上采用陶瓷電容器、鉭電容器或薄膜電容器。

 

  

圖4 噪聲頻譜密度

利用電池或較低噪聲的電壓基準(zhǔn)對 SET 引腳進行驅(qū)動可減少低于10Hz處的噪聲。這么做基本上可以消除較低頻率上的基準(zhǔn)電流噪聲，僅剩下極低的誤差放大器噪聲，這是驅(qū)動SET 引腳電流基準(zhǔn)架構(gòu)的另一項優(yōu)勢。此外，積分 RMS 噪聲還會隨著SET 引腳電容的增大而得到改善，在采用大于 2.2 μF CSET 的情況下噪聲可降至1 μVRMS 以下。

需要注意的是，通過增大SET 引腳旁路電容以降低輸出噪聲通常會導(dǎo)致啟動時間的增加。但是，GM1200 的快速啟動電路可顯著減少啟動時間。該快速啟動電路可容易地利用兩個電阻器來配置VOUT的分壓比，使得VOUT分壓后的電壓值略大于PGFB的最大值。在PGFB大于上升閾值前，SET引腳電流約為2mA，因而能大幅減少啟動的所需的時間。

 

超高PSRR 性能

 

當(dāng)給對噪聲敏感的應(yīng)用供電時，GM1200 的高PSRR是很重要的。圖4 示出了GM1200 令人難以置信的低頻和高頻PSRR 性能，接近 120dB (在120Hz )、82dB ( 在 1MHz ) 和優(yōu)于 80dB ( 一直到 3MHz )。 當(dāng)負(fù)載電流減小時，PSRR 性能則更好，如圖 8 所示。

 

  

圖 4 PSRR 性能

 

在那些采用GM1200 對開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出進行后置穩(wěn)壓的應(yīng)用中，盡管GM1200的PSRR很高，仍然必須謹(jǐn)慎地對待從開關(guān)轉(zhuǎn)換器至GM1200 輸出的電磁耦合。特別地，不僅開關(guān)轉(zhuǎn)換器的“熱環(huán)路” (hot-loop)應(yīng)盡可能地小，由開關(guān)電源 IC、輸出電感器和輸出電容器(用于一個降壓型轉(zhuǎn)換器)形成 的“暖環(huán)路”(warm-loop) ( AC 電流在高開關(guān)頻率下流動)也應(yīng)該盡量地縮小，而且應(yīng)對其進行屏蔽 或?qū)⑵洳荚O(shè)在距離超低噪聲器件( 比如：GM1200 及其負(fù)載)幾十厘米的地方。GM1200 在很寬的頻率范圍內(nèi)擁有超高的 PSRR，因此可實現(xiàn)上游開關(guān)轉(zhuǎn)換器的較低頻運作 (以改善效率和EMI)，而且在為那些對噪聲敏感的應(yīng)用供電時完全不需要增加濾波器組件尺寸。同時也可實現(xiàn)上游開關(guān)轉(zhuǎn)換器的較高頻運作（改善尺寸和低頻敏感區(qū)域），在1MHz處高于80dB的PSRR可最大程度的抑制轉(zhuǎn)換器輸出紋波的影響。

 

結(jié)論

 

GM1200 突破性的噪聲和 PSRR 性能，再加上其可靠性和易用性，使之非常適合為噪聲敏感型應(yīng)用供電。憑借其基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu)，噪聲和 PSRR 性能不會受到輸出電壓的影響。此外，還可以把多個 GM1200 直接并聯(lián)起來，以進一步降低輸出噪聲、增加輸出電流和減少 PCB 上散播的熱量。

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