什么构成了低噪声电压调节器？

已创建：August 13, 2021
已更新：July 1, 2024

您的集成电路需要稳定的直流电源才能正常工作，低噪声是任何直流调节器的标准要求。在某些情况下，只要噪声可以被滤除，您可能不会担心额外的几分贝的负载调节，但是需要非常稳定的直流电压和低噪声内容的应用，如要求超精确定时和具有非常窄输入电压范围的组件。那么，如何确定低噪声的确切限制，以及哪些类型的调节器最适合这些应用呢？

如果您从未仔细查看过电压调节器的规格说明，您可能不得不依赖市场语言来寻找下一个系统的低噪声电压调节器。然而，调节器本身并不是全部，还需要其他组件和布局策略来确保调节器提供稳定的低噪声直流输出。以下是您需要了解的关于不同类型的低噪声调节器以及如何为您的需求选择最佳组件的信息。

低噪声电压调节器基础

从技术上讲，低噪声电压调节器可以由任何拓扑结构构建；如何将噪声降低到实际使用的足够低是组件或电路设计师需要处理的另一个问题。您选择的调节器组件将有许多重要的规格，但以下三个将基本上告诉您关于调节器处理噪声（包括内部产生的和外部的）的所有信息。

电源抑制比（PSRR）。 简而言之，这个规格告诉您调节器拒绝上游电源传导噪声（以分贝为单位）的能力。LDO中的误差放大器确保了高PSRR（类似于开关转换器），尽管如果需要高降压，它们会效率低下。
输出调节。 这可以用分贝相对于名义值测量，或作为百分比。真正的低噪声调节器应该具有非常低的输出调节值；最佳组件的调节评级将低于1%。这个规格也可能以名义电压输出的RMS输出的分数来定义。
噪声功率密度。 这显示了您将在任意频率范围内预期看到的噪声量。相关范围可以从直流到非常高频（100 kHz到1 MHz），或者直到开关调节器的开关频率。

上述所有三个量都是频率依赖的。注意，噪声功率密度包括所有内部产生的噪声源，包括任何内部开关噪声。在选择低噪声电压调节器时，需要一起考虑这三个规格。例如，如果输入具有0 dB PSRR，则低输出调节和噪声功率密度毫无意义。同样，如果输出调节值非常高，PSRR就无关紧要了。

从离散组件构建调节器

从电压调节器输出或在调节器IC内部的其他支持电路可以进一步减少调节器输出上的噪声。例如，如果您正在使用离散组件自己构建线性调节器，使用电容倍增器是一种简单但强大的降噪方法；这种拓扑结构经常用于音频或低频RF调节器，而不需要使用奇特的组件。另一个例子是主动调节器，理论上可以提供完美的噪声减少。

如果您想进一步减少噪声，您需要在输入/输出上增加额外的滤波，或者您需要使用高度工程化的集成解决方案。您还应该考虑输出上的滤波和您的开关频率如何影响调节器中的噪声内容。

开关频率和滤波的作用

如果您正在寻找一个开关转换器，您将在调节器的输出上增加一些额外的噪声。本质上，开关调节器将AC源的低频纹波转换为高频噪声，这种噪声分布在PWM信号的带宽中。这应该说明了为什么许多低噪声电压调节器组件是LDOs；它们没有任何开关噪声。查看此文章以了解更多关于开关转换器设计以及如何为您的转换器选择最佳频率的信息。

与CISPR限制相比，两种模式驱动的降压转换器产生的示例噪声谱。[来源]

最后，如果您需要从调节器中获得非常低的噪声内容，可以使用高阶低通滤波器来去除一些噪声内容。这些滤波器可以由无源元件设计，尽管在使用开关调节器处理高电流时要小心布局；开关动作产生高磁场，可以在滤波器输出上诱导电流，然后向下游其他组件传播。

两个低噪声电压调节器的例子

STMicroelectronics, LD56100

对于低电压、中等电流应用，STMicroelectronics的LD56100系列是一款低噪声LDO，提供高达5.5 V的输出和1 A的电流。它提供非常低的压降电压120 mV，输出使用集成的陶瓷电容稳定。PSRR在1 kHz频率下评为70 dB，3 V输出的RMS噪声为0.13 mV。

LD56100低噪声LDO调节器的方框图。来源：LD56100数据手册。

模拟设备LTC7151S

一个低成本、低噪声电压调节器的例子是模拟设备公司的LTC7151S。这款SMD低噪声调节器提供用户可控的可调节开关频率，从400 kHz到3 MHz，内置PWM驱动器，使其成为需要低损耗高功率开关转换器的系统的绝佳选择。输入范围可达20 V，输出范围可达5.5 V，可向负载提供15 A电流。提供两种供电调节模式，均可在整个输出电流范围内保持输出负载调节率低于0.25%。

LTC7151S数据手册。

电源系统的其他组件

低噪声电压调节器并不是单独就能实现低噪声的，您的调节器部分将需要其他组件来提供所需的功率输出和噪声底限。在高功率系统中实现非常精确的调节，同时保持稳定性并确保低噪声是一个主要挑战，需要一系列其他电源管理组件。以下是您的产品可能需要的一些其他组件：

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