Linear超过PSRR线性稳压器-典型应用电路解析
LT3045及其同系列产品已经发布大概十年了，好像至今在PSRR和噪声指标上还没有能够超越它的LDO呢（由于物理因素限制，未来的LDO噪声指标@类似带宽，恐怕也不会更低了，高频PSRR或者还能再提高吧，不知道呢），是一款非常经典的“明星”线性稳压器。所以芯片厂商一定投入了很多资源，包括研发，测试验证等，手册一定是由资历丰富的工程师编写的，仿真模型也会更准确，总之是非常好的学习资料。在高采样率低噪声ADC信号链等应用中是很好的电源选项。 图1 LT3042与传统低噪声LDO的比较（它和LT3045的差别只在于输出电流）典型应用电路1典型电路1参见图2，12V转3V3，200mA，综合输出噪声只有0.8uVrms（手册未提到测量带宽，假设20MHz吧）。图2 典型应用电路1，12V转3V3输出，综合噪声仅0.8uVrms！
这是什么概念呢？0.8uVrms噪声意味着峰峰值噪声约为5.28uVpp！在一般的示波器上根本无法测得如此低的噪声，因为完全被仪器底噪淹没了，常见示波器底噪就有1mVpp@20MHz。但要想测也是有办法的。比如用低噪声放大电路将该噪声放大到3mVpp@20Mhz，这样就能用示波器轻松测得了，但要注意放大电路的噪声RTI至少要是2.36uVrms，这会有一些挑战，由于放大倍数很高，可能会被反馈电阻的热噪声限制住。总之，这里想说的就是，我们一般的实验室很难测到如此低的输出噪声。回到图2的典型应用电路。这个电路很简单，但也有值得注意的地方。要实现如此低的噪声就需要在SET引脚增加一个4.7uF的大电容，与33K2电阻并联，因为电容可以旁路基准电流噪声、误差放大器输入电流噪声和Set电阻的热噪声，效果参见图4。可以看到，22uF电容效果是最好的，但我们最好选钽电容。原因有二，第一，很多陶瓷电容有压电效应，类似压电麦克风，电路板机械震动或热瞬态会让陶瓷电容两端出现电压，由于LT3045类似于跟随器，Set引脚是输入，所以Set引脚上的任何电压波动，都能在输出端看到。第二，电解电容的1/f噪声较大。Set引脚是高阻输入，高ESL和ESR容忍度，所以钽电容最合适了。
图3 LT3045不同Cset输出噪声与频率曲线，电容越大则输出噪声越低，特别是低频部分
但是，为了降低输出噪声，在Set引脚增加了4.7uF的大电容，电源输出电压的缓启动时间会较大，达到了3.6s。计算方法就是一阶RC电路的瞬态分析，参见图4。
图4 Rset和Cset时间常数为1.56s，输出电压从0上升到90%需要将时间常数乘以2.3，大约3.6s
这就是为什么图2电路中将PGFB引脚用起来了，目的就是减小启动时间。当把输出接成分压网络，中心抽头连到PGFB时，该引脚电压低于300mV时，Set引脚会有一个2mA电流流入Cset和Rset（除非电流限制等异常出现），提高启动时间。该功能叫fast start up。另外，这种接法同时也启用了Power Good功能，即PGFB引脚电压超过300mV后，PG引脚从接地变为高组输入。
图5 PGFB引脚使能与否，输出电压的缓启动时间对比（绿色为使能，蓝色未使能）
总结一下该电路。为了极大的减小输出噪声，需要在Set引脚接一个大电容，以旁路相关噪声。但副作用是大大提高了电源输出的缓启动时间。为了解决这个问题，LT3045有一个fast start up功能，使能后即可实现输出电压的快速建立。既可以低输出噪声，又不会牺牲缓启动时间。
典型应用电路2和3
这里就把两个电路合在一起了，因为截图的时候很难解耦，而且比较简单
图6低噪声恒流恒压电实验室电源和用于射频偏置应用的电流源
图6左边电路为低噪声的CC/CC实验室电源，这个很简单。它把Rset和Riout都画成了滑动变阻器，这样输出电流和电压就都是可调的了。用作恒流源时，接入负载后，通过调Riout调到我们想要的输出电流，逐步调Rset即可，直到输出电压不变后，就是一个恒流源了。用作恒压源时，最简单的是可以把Riout调到最小，ILIM短路后就没有电流限制了。负载接入后，只调大电压即可。图中有公式可以帮我们算输出电流与电压。图6右边电路就是一个恒流源，恒定输出200mA电流，负载电阻按照图中的最大15V输出电压计算的话，最大为75Ω，最小为0Ω。电压噪声是固定的，为0.8uVrms，增加电阻可以进一步减小电流噪声（欧姆定律）。公式简单推导过程和如何增加电阻，可参考图7。注意，这个电路没有启动fast start up功能，因为一般恒流源电流都会特别加缓启动保护功能，以减小瞬态的尖峰电流（当有容性负载时）。
图7 图6右边典型应用电路的公式推导
典型应用电路4这个电路很简单了，就是增加了欠压锁定功能。UVLO是欠压保护，输入电压低于设定值时电源芯片不工作。具体计算方法参见下图即可。这个功能有时候对于减小前级电源的尖峰电流有一些作用。
图8 典型应用电路4，增加了输入的欠压锁定功能
典型应用电路5这个电路好像没啥可说的，很简单，5V输出由（3.3V+100uA*16.9K）得到。该电路有什么好处，为什么叫比率器跟踪，暂时不清楚。
图9 典型应用电路5，比率器跟踪
典型应用电路6该计算方法跟上面类似，叠加法即可。该电路目的是，给基准源做跟随器，提高它的输出能力。同时保持低噪声输出。这里特别提到了超低1/f噪声，原因未知。
图10 典型应用电路6，低1/f噪声基准缓冲器
典型应用电路7LT3045是可以并联使用的，前面只需要加一个很小的镇流电阻，20mΩ即可（使用时要注意电阻功率），这是因为芯片内部误差放大器的失调电压最大为2mV。这里设置输出电压，考虑到了镇流电阻的最大压降，其实就是输出电压大了一点，覆盖了20毫欧电阻压降，这样最终输出就是3V3了。详细参见图11即可。这里我有个疑问，为啥电流限制和设置电压一并接到了Rcdc上面？以及芯片最大输出电流就是500mA，为啥还要电流限制功能呢？
图11 典型应用电路7，并联LDO，使用电流限制功能抵消镇流电阻压降
典型应用电路8跟典型应用电路7类似，这里也是利用并联LT3045提高输出电流。
图12 典型应用电路8，并联四路LT3045以提供最大2A输出电流，并且减小了输出噪声
该电路有两个需要说明的地方。第一，为什么并联电源时要用镇流电阻，它的目的是什么。我们可以反过来想，如果没有它会有什么问题，参见图13，镇流电阻均流的原理参见图14。第二，为什么并联电压源后，输出噪声会减小，乘以sqrt（N）。我也是用类比方法记忆的，一个1K电阻在100Hz带宽内的输出噪声为40.57nVrms，两个1K并联后，噪声就变小了，因为电阻变小了，减小到了28.69nVrms（40.57/sqrt（2））。
图13 没有镇流电阻，或者它很小不合适的时候会出现两个电源输出电流差异很大，可能只有其中一个在输出电流，另一个很小或者完全没提供电流（LDO是无法灌电流的）
图14 一般镇流电阻越大，均流效果越好，缺点是电阻上面的损耗较大
最后，关于该电路还有一个疑问，为啥只有一路电源使用了fast start up功能，其余三路电源并没有使用。当然这可能也没有问题，因为第一，LDO是无法灌入电流的，所以其他电源不会受到影响，第二，LT3045有内置的过流保护，输出电流不会超过最大500mA。
典型应用电路9因为LT3045输出噪声很小，所以很适合用在精密应用中，比如惠斯通电桥。表格里除了有跟其他LDO噪声对比数据外，还提供了惠斯通电桥电阻匹配与Vbridge噪声的关系，匹配度越高那么Vbridge噪声也会越小，而且关系很大。
图15 低噪声惠斯通电桥电源
典型应用电路10和11图16右面的电路增加了一个二极管，避免了输入电源反接而导致的芯片损坏，如果电源反接，那么下图中标注红色二极管就会导通，并通过较大电流，这会损坏芯片。增加1N4148二极管以后，即使电源反接也不会有电流流过图中标注的红色二极管了。这里的疑问是，为什么选1N4148，换成别的二极管是否可以呢，是因为漏电流吗。
图16 是否有防反接保护
图17 PGFB引脚详细说明，如果有输入反接情况，需要像图16一样增加一个二极管
图18 LT3045各引脚的绝对额定最大值数据，IN可以到±22V，而PGFB最小只能到-0.3V
典型应用电路12最后一个典型应用电路，是针对于LT3045-1的，参见图19。相比LT3045，多了一个VOIC引脚，它可以自动调节前端开关电源的输出电压，以减小LDO输入输出压降，提高效率。这里的LT3045-1用在开关电源后面，相当于一个效果非常好的后置滤波器，而且很简单。如果想用被动元件LC实现一样效果的滤波器，那么LC可能值会非常大，过度增加本来就很紧凑的布板面筋，而且还需要注意共振问题。需要格外注意的是，LT3045-1是不需要增加输入电容，错误的放置输入电容，会极大的减小它的PSRR！详细参见CIC_201508_(LT3042)文档，简单说就是输入电容会有AC电流，通过电磁耦合到输出端。
页:
[1]