在許多應(yīng)用中，工程師團隊一個開關(guān)DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器(“開關(guān)穩(wěn)壓器”)與低輟學(xué)線性穩(wěn)壓器(LDO)。這樣的混合供電是一種很好的方式，以最大限度地延長電池壽命，同時保持適用于敏感的模擬電路電池供電產(chǎn)品的無噪聲電源。

但是，“無噪聲”只是相對而言的，因為再好的低壓降穩(wěn)壓器產(chǎn)生一些噪音。許多工程師認為，噪聲的LDO的輸出僅僅是它的電源抑制比(PSRR)的函數(shù)。當在一系列具有開關(guān)調(diào)節(jié)器中使用，PSRR確實是如何在LDO涉及在開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出上的電壓和電流波動的良好量度 - PSRR但不應(yīng)該在其上的LDO被選擇的唯一標準。

該LDO具有其內(nèi)部元件產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲的幾個來源，更糟糕的是，一些本是頻率的函數(shù)。它是PSRR和內(nèi)部噪聲的這種組合，其確定LDO的輸出的穩(wěn)定性。

本文介紹了如何結(jié)合的LDO可以為連接，無線便攜產(chǎn)品很好的解決的開關(guān)穩(wěn)壓器，進而導(dǎo)致在解釋為什么該工程師分析LDO的數(shù)據(jù)表，以確保它是非常重要的，它從電力供應(yīng)仍然整體噪音內(nèi)的最終產(chǎn)品規(guī)范。

LDO和開關(guān)穩(wěn)壓器相比，

電池供電的便攜式設(shè)備需要的電壓調(diào)節(jié)，以確保兩個電池壽命最大化和敏感的硅喂以精確和不變的電壓它要求。此外，規(guī)定確保了電源可以對應(yīng)于寬的負載范圍內(nèi)，而不過度受電池。

電壓調(diào)節(jié)歸結(jié)為兩個選擇，一個LDO或一個開關(guān)調(diào)節(jié)器。低壓降穩(wěn)壓器是相對便宜，小巧，并提供“干凈”電源(但不是完全純粹的，因為我們將在下面討論)優(yōu)雅的設(shè)備。任何一個合格的電子工程師可以設(shè)計使用商用模塊化LDO，只是三個外部無源元件的電源。此外，還有一個巨大的范圍可供選擇高度可靠的LDO。凌力爾特公司令人尊敬的LT1084，例如，開發(fā)二十年前，今天仍然是可用的。

線性穩(wěn)壓器的缺點是缺乏在寬電壓范圍內(nèi)的效率，并限制到降壓(或“降壓”)的配置。

LDO的基本前提是利用一個反饋回路，包括一個基準電壓，誤差放大器，一個場效應(yīng)晶體管(FET)以線性模式操作時，和一個電阻分壓器。而電阻分壓器設(shè)定的輸出電壓時，F(xiàn)ET使LDO無論負載，以提供一個恒定的輸出電壓。誤差電路確保輸出被維持在所期望的電壓。圖1示出的LDO的簡化示意圖。

德州儀器LDO示意圖像

圖1：一個LDO的基本要素。 (德州儀器提供)

LDO的效率是正比于輸入和輸出電壓之間的差異;的差以下時，更高效的設(shè)備。功率橫跨FET和電阻分壓器和跨在LDO大的電壓差消散可導(dǎo)致熱量積聚，其​​可呈現(xiàn)在緊湊便攜式一個挑戰(zhàn)。

在達到某一程度時，在電池電壓下降到一定水平，從而使LDO不再能夠維持所希望的輸出和“滴出”。這一級被稱為釋放電壓。更高規(guī)格的設(shè)備會容忍更低的壓差電壓低于昂貴的設(shè)備。例如，凌力爾特的LT3070 LDO - 這從0.95至3 V輸入產(chǎn)生0.8〜1.8 V輸出高達5 A - 擁有的只是85 mV的壓差電壓。然而，即使是最好的LDO將可能退出而一些容量仍停留在細胞內(nèi)，減少潛在的電池壽命。

開關(guān)穩(wěn)壓器在20世紀60年代被引入了在寬電壓和負載范圍的高效率的主要優(yōu)勢。效率在低負載是早期的設(shè)備問題，但已基本得到解決與“脈沖跳躍”技術(shù)(見技術(shù)專區(qū)文章“的脈沖頻率調(diào)制的DC / DC開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢”)。

開關(guān)穩(wěn)壓器使用一個或兩個FET，但不像在LDO，這些操作 - 作為產(chǎn)品說明建議 - 在切換模式。當FET是上并導(dǎo)通電流，在其電源通路上的電壓降最小。當FET關(guān)閉和阻塞高壓，幾乎沒有電流通過它的電源通路。這些特性保證很少的電力消耗在穩(wěn)壓器提高工作效率。一個現(xiàn)代的12 VIN，3.3 VOUT同步 - 開關(guān)降壓穩(wěn)壓器，如國際整流器公司(IR)IR3898一般可以達到90%的效率(比從LDO在相同條件下工作27.5%)。

與低壓降穩(wěn)壓器，還有種類繁多的開關(guān)電源可從主要供應(yīng)商如飛思卡爾，美信，安森美半導(dǎo)體和德州儀器(TI)。

的開關(guān)穩(wěn)壓器的缺點是尺寸(雖然功率密度優(yōu)于的LDO)，成本，設(shè)計復(fù)雜，和噪聲。最后兩個數(shù)據(jù)項都相關(guān)的，因為大部分的設(shè)計的復(fù)雜性有關(guān)，電感器的選擇和要求確保波紋的峰 - 峰值的輸入和輸出濾波電路的設(shè)計受到限制。電感器(S)等無源器件的正確選擇，可以限制輸出電壓和電流紋波，但一些電磁干擾(EMI)是不可避免的(見技術(shù)專區(qū)的文章“電容的選擇是關(guān)鍵，以良好的電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計”)。

該設(shè)計挑戰(zhàn)是由現(xiàn)代偏好高頻開關(guān)電源而加劇。通過在更高的頻率下操作，電源可以利用較小的電感器(多個)減少其尺寸和成本。然而，高頻率操作，使電磁干擾問題更加難以解決(見技術(shù)專區(qū)的文章“設(shè)計折衷選擇高頻開關(guān)穩(wěn)壓器時”)。

由開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的EMI可以打亂其他成分，特別是在便攜式產(chǎn)品，其中設(shè)備被密集封裝和印刷電路板(PCB)跡線短。更糟糕的是 - 銘記有設(shè)計工程師熱心于將RF芯片到他們最新的產(chǎn)品與無線連接賦予它的增長的隊列----流浪EMI增加設(shè)計穩(wěn)健RF電路的難度。

第三個選項

而不接受通過選擇一個LDO或開關(guān)調(diào)節(jié)器引入的妥協(xié)，許多進取工程師已經(jīng)由一個開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出直接鏈接到LDO的輸入創(chuàng)建混合電源拓撲。

開關(guān)穩(wěn)壓器接受寬范圍的輸入電壓，并有效地調(diào)節(jié)到一個更高，更低，或倒置的供應(yīng)。另外，如果開關(guān)裝置的輸出(即，輸入到LDO)被設(shè)定為使得它僅稍微大于所述電源的要求輸出，在LDO可以連續(xù)在其最有效的范圍內(nèi)工作。

這種混合供給背后的關(guān)鍵前提是在LDO過濾開關(guān)穩(wěn)壓器的紋波影響調(diào)節(jié)的輸出，從而消除潛在的EMI問題并避免了要求花費時間長煉PCB設(shè)計和計算所述電感和電容值的輸出濾波電路(如將是這種情況，如果開關(guān)調(diào)節(jié)器被用在其自身)。其他優(yōu)點還包括電源，具有改善了穩(wěn)定性，精確度更高，更快的瞬態(tài)響應(yīng)，并降低了輸出阻抗(見技術(shù)專區(qū)的文章“混合電源交付無噪聲電壓的敏感電路”)。

不幸的是，事情并不僅僅是選擇兩個監(jiān)管機構(gòu)和連接在一起稍微復(fù)雜一點。

控制噪音

的LDO的平滑開關(guān)電源的電壓和電流紋波能力的衡量標準是PSRR。 PSRR量化LDO的過濾器從它的輸入如何波紋(在這種情況下，開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸出)在很寬的頻率范圍，并表示為分貝(dB)。 (工程師應(yīng)該注意到，根據(jù)脈動頻率的PSRR響應(yīng)而變化。以確保該開關(guān)穩(wěn)壓器的工作頻率相匹配是很重要的，或至少是接近，LDO的最好的PSRR頻率響應(yīng)。)

許多工程師的結(jié)論是，所提供的PSRR是好的，那么一切都會好起來的混合電源。這不是這種情況，因為，如上所述，包括的LDO電壓基準，場效應(yīng)晶體管，電阻器，和其它外部電路會引入額外的(和不顯著)噪聲獨立地PSRR的(見圖2)。具有良好的PSRR，但高的自感應(yīng)噪聲的LDO將是從混合供給產(chǎn)生一個干凈的電壓一個糟糕的選擇。因此，重要的是對入圍的設(shè)備的數(shù)據(jù)表的工程師同時檢查PSRR和內(nèi)部噪聲參數(shù)。

德州儀器噪聲線性穩(wěn)壓器圖片

圖2：從線性穩(wěn)壓器的噪聲包括外部噪聲，內(nèi)部噪聲，并且拒絕后遺留下來的。 (德州儀器提供)[!--empirenews.page--]

圖1中的簡化框圖顯示了在一個LDO生成主噪聲，元件具體地，溫度補償?shù)碾妷夯鶞?“帶隙”)，該電阻分壓器，運算放大器的輸入級，并且在較小的程度時，F(xiàn)ET。

帶隙是噪音的主要來源。減小此噪聲的一種方法是減小LDO內(nèi)的誤差放大器的帶寬。這確實具有降低器件的瞬態(tài)響應(yīng)的缺點。包括一個大的內(nèi)部電阻和外部電容器 - - 可替代地，該噪聲可以通過增加一個大的低通濾波器(LPF)來消除在帶隙輸出，以使​​小的噪聲使得它到增益級(這同樣過濾器還改善了PSRR)。

電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)是另一個貢獻者LDO的總噪聲。這個噪聲是在熱性質(zhì)，從而增加隨著溫度的升高。電阻分壓器被連接到LDO的差動放大器的輸入，由成比例的量的調(diào)節(jié)器的閉環(huán)增益放大噪聲。

差分放大器本身構(gòu)成噪聲的LDO產(chǎn)生最終顯著源。放大器典型地設(shè)計成使輸入級具有大量增益。因此，從在位于輸入級之后的信號路徑裝置未來任何噪聲由輸入級的增益衰減，在介回輸入。還有就是內(nèi)部電路可以做，以減少這種來源的噪音之外什么都沒有。

所有的主噪聲源(帶隙，電阻分壓器，和運放輸入級)被連接到差分放大器的輸入端，因此不被任何內(nèi)部增益衰減。出人意料的，電源旁路FET，通常占至少一半的LDO的總裸片面積，不出力，因為它缺乏增益的噪音。

用于從一個給定的LDO估計輸出噪聲的過程是首先參閱每個噪聲貢獻者運算放大器輸入。例如，要查找從通FET的工程師首先需要除以它和運算放大器輸入端之間存在的開環(huán)增益的噪聲貢獻的噪音。該增益通常是相當大的，確保從通FET的噪聲貢獻通常是可以忽略不計。

許多工程師選擇不從頭設(shè)計一個LDO，而是寧愿從廣泛的可用成熟的模塊化解決方案中進行選擇。盡管如此，它仍然是非常重要的，以確定模塊化LDO將多少噪聲添加到混合電源。

盡管LDO的制造商往往傾向于兜售PSRR為抑制噪聲的關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)，通過仔細閱讀數(shù)據(jù)表的工程師將會發(fā)現(xiàn)通過設(shè)備本身有多大的噪音產(chǎn)生過相關(guān)的頻率信息的小字范圍內(nèi)。

此信息通常表示兩種方式。第一是總(集成)輸出噪聲(在μVRMS)，這是頻譜噪聲密度集成在一個有限的頻率范圍內(nèi)的RMS值。第二中示出的頻譜噪聲密度曲線(以μV/√Hz的)，這是噪聲密度與頻率的曲線的形式。圖3顯示了來自德州儀器的TPS717xx系列線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)表信息。的TPS71733，例如，提供了從高達6.5 V的輸入的3.3 V輸出150毫安，并且具有30μVRMS噪聲等級在100赫茲至100千赫茲的范圍。

德州儀器的TPS717xx LDO頻譜噪聲密度曲線的圖像

圖3：PSRR，從數(shù)據(jù)表TI的TPS717xx LDO總輸出噪聲和頻譜噪聲密度曲線。

由于單個數(shù)字指定的總輸出噪聲電壓，它是用于比較目的非常有用的。然而，當不同的LDO噪聲規(guī)范進行比較時，重要的是，該比較是在相同的頻率范圍，并在同一輸出電壓和電流值。

低噪聲LDO

有一些在市場上非常低噪聲LDO。例如，凌力爾特的LT3090 - 它提供了一個0〜32 V電壓高達600 mA的輸出從1.5到36 V電源 - 有18μVRMS(見圖4)的噪聲水平。

凌力爾特的圖的低噪聲LDO LT3090

圖4：凌力爾特的低噪聲LDO LT3090。

Maxim的MAX8510可以從可達6 V的裝置的噪聲等級為11μVRMS在100赫茲至100千赫茲范圍的輸入電壓產(chǎn)生高達10的電壓輸出，范圍從1.5到4.5伏，在高達120毫安。

就其本身而言，飛​​兆半導(dǎo)體提供FAN25800，它被指定為8μVRMS噪音等級在10 Hz到100 kHz的范圍內(nèi)。該LDO工作在高達5.5 V的輸入，并提供2.8 V輸出，高達250 mA的電流。

兩者的PSRR和LDO噪聲是重要的指標選擇一個LDO的混合動力車-電源時也可以考慮。當比較裝置，它選擇具有一個良好的PSRR的產(chǎn)物，以及考慮的頻率范圍通過其相關(guān)聯(lián)的開關(guān)穩(wěn)壓器將操作，以確保它與LDO的最佳PSRR一致是重要的。然而，同樣重要的是要考慮有多少噪音LDO本身產(chǎn)生。有在選擇該平滑的電壓和電流波動從開關(guān)穩(wěn)壓器，如果輸出供應(yīng)由LDO自身內(nèi)部產(chǎn)生的噪音，那么損壞的設(shè)備的小點。