摘要

在射頻(RF)技術、計量學等諸多領域的應用場景中，都需要極低噪聲的電源電壓。本文將闡釋并對比傳統(tǒng)設計方法與一種創(chuàng)新的高集成度設計方案，致力于為敏感的負載提供超低噪聲電源。新技術不僅帶來了更緊湊的設計，使用起來也更加便捷。

引言

射頻技術等應用需要噪聲極低的電源電壓。諸如鎖相環(huán)(PLL)、壓控振蕩器(VCO)和高分辨率模數轉換器(ADC)等易受干擾的電路，都需要低噪聲的供電。電源線路上的任何干擾都可能會影響應用中的信號。為了產生極為干凈的電源電壓，通常會采用如圖1所示的電源鏈路。

圖1.由高效開關穩(wěn)壓器和下游線性穩(wěn)壓器組成的電壓轉換器。

開關穩(wěn)壓器將高電源電壓（如24 V）轉換為較低的電壓（如3.5 V）。然后，這種低電壓可用于為超低噪聲線性穩(wěn)壓器供電，在輸出端產生噪聲極低的3.3 V電壓。線性穩(wěn)壓器自身的噪聲水平極低，其均方根噪聲值處于0.8 μV區(qū)間內，并具有高達76 dB的電源電壓抑制比(PSRR)（在1 MHz頻率下測得）。這種設置可減少由開關穩(wěn)壓器產生的電壓紋波。圖1中的設計展示了一種用于產生超低噪聲電壓的典型解決方案。

優(yōu)化的可能性

多級分立設計方案實現起來不太容易。開關穩(wěn)壓器的實施離不開經過精心優(yōu)化的印刷電路板(PCB)布局。否則，開關穩(wěn)壓器的快速開關瞬變會作為額外的干擾耦合到輸出電壓中。為了避免這種情況，有必要將線性穩(wěn)壓器布置到距離開關穩(wěn)壓器足夠遠的位置，但這會造成電源設計占用大量空間。在這類應用中，試圖集成開關穩(wěn)壓器電路和線性穩(wěn)壓器的嘗試往往以失敗收場，原因在于開關過程中的噪聲會耦合至最終的輸出電壓。不過，此問題已有行之有效的解決方案。

圖2.高度集成的μModule穩(wěn)壓器，用于在盡可能小的空間內產生噪聲最小的電壓。

解決方案

對于噪聲敏感型應用，可以通過適當的設計來集成開關穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器。LTM8080是ADI公司μModule®系列中的一款產品中，在開關穩(wěn)壓器部分和集成的線性穩(wěn)壓器部分之間提供了內部電磁屏蔽。這種內置屏蔽層能夠吸收由開關穩(wěn)壓器部分快速切換的電流所產生的電磁干擾。因此，借助超緊湊的設計就能獲得干凈且精確調節(jié)的電源電壓。LTM8080可以同時產生兩個不同的電壓，并且采用尺寸為9 mm × 6.25 mm的封裝。其中包含了開關穩(wěn)壓器（包括電感器）和兩個超低噪聲的線性穩(wěn)壓器。

圖3.不同輸出電流的噪聲密度。

圖3顯示了不同輸出電流的噪聲密度。LTM8080能夠實現均方根(rms)噪聲水平低于1 μV rms（在10 Hz至100 kHz之間）。相比之下，未經電壓調節(jié)的鋰離子電池電壓的典型值為2.7 μV rms（在10 Hz至100 kHz之間）。因此，圖2中所示的電壓轉換器產生的噪聲比電池電壓產生的噪聲要小。

結論

此外，采用這種解決方案時，電路設計極為簡單，無需深入了解開關穩(wěn)壓器的設計和所需的PCB布局。

μModule穩(wěn)壓器巧妙的設計實現了超低噪聲的供電，不僅集成度高，而且尺寸極為緊湊。