對于為測試和測量以及無線電應用（例如時鐘、數據轉換器或放大器）的噪聲敏感系統設計電源的工程師而言，最大限度地降低噪聲是一項常見挑戰(zhàn)。盡管“噪聲”一詞對不同的人可能有不同的含義，但在本文中，我將噪聲定義為電路中電阻器和晶體管產生的低頻熱噪聲。您可以通過以微伏/平方根赫茲為單位的頻譜噪聲密度曲線識別噪聲，并以均方根微伏為單位作為積分輸出噪聲，通常在 100 Hz 到 100 kHz 的特定范圍內。電源中的噪聲會降低模數轉換器的性能并引入時鐘抖動。

為時鐘、數據轉換器或放大器供電的傳統設置是使用 DC/DC 轉換器，然后是低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)，例如TPS7A52、TPS7A53或TPS7A54，然后是鐵氧體磁珠濾波器，如圖所示在圖 1 中。這種設計方法最大限度地減少了電源的噪聲和紋波，并且適用于低于大約 2 A 的負載電流。但是，隨著負載的增加，LDO 中的功率損耗會導致效率和熱管理方面的問題；例如，在典型的模擬前端應用中，后穩(wěn)壓 LDO 會增加 1.5 W 的功率損耗。你們中的那些人是否在您的設計中尋找低噪聲和低效率的選擇？不完全的。

圖 1：使用 DC/DC 轉換器、LDO 和鐵氧體磁珠濾波器的典型低噪聲架構

使用低噪聲降壓轉換器代替 LDO

控制功率損耗的一種方法是通過 LDO 最小化壓降。但是，這種方法會對噪聲性能產生負面影響。此外，更高電流的 LDO 通常更大，這會增加設計占用空間和成本。在控制功率損耗的同時確保低噪聲的更有效方法是從設計中完全消除 LDO，并使用低噪聲 DC/DC 降壓轉換器，如圖 2 所示。

圖 2：使用不帶 LDO 的低噪聲降壓轉換器

我知道您在想什么：移除降低噪聲的主要設備如何仍然提供低噪聲電源？許多 LDO 在帶隙基準上都有一個低通濾波器，以最大限度地減少進入誤差放大器的噪聲。TPS62912 和 TPS62913 系列低噪聲降壓轉換器實現了用于連接電容器的降噪/軟啟動引腳，使用集成的 R f和外部連接的 C NR/SS形成低通電阻-電容濾波器，如圖所示在圖 3 中。這種實現本質上模仿了 LDO 中帶隙低通濾波器的行為。 

圖 3：帶帶隙噪聲過濾的低噪聲降壓框圖

輸出電壓紋波呢？

每個 DC/DC 轉換器都會在其開關頻率下產生輸出電壓紋波。精密系統中的噪聲敏感模擬軌需要最低的電源電壓紋波，以最大限度地減少頻譜中的頻率雜散，這通常取決于 DC/DC 轉換器的開關頻率、電感值、輸出電容、等效串聯電阻和等效串聯電感。為了減輕這些組件的紋波，工程師通常使用 LDO 和/或小型鐵氧體磁珠和電容器來創(chuàng)建 pi 濾波器，以最大限度地減少負載紋波。低紋波降壓轉換器，例如TPS62912和TPS62913通過集成鐵氧體磁珠補償和遙感反饋來利用此鐵氧體磁珠濾波器。將鐵氧體磁珠的電感與額外的輸出電容器結合使用可消除輸出電壓紋波中的高頻分量，并將紋波降低約 30 dB，如圖 4 所示。 

圖 4：鐵氧體磁珠濾波器之前的輸出電壓紋波 (a)；在鐵氧體磁珠濾波器之后 (b)

結論

通過集成減輕系統噪聲和紋波的功能，低噪聲降壓轉換器可以幫助工程師實現低噪聲電源解決方案，而無需 LDO。當然，不同應用所需的噪聲水平會有所不同，不同輸出電壓的性能也會有所不同，因此只有您才能確定適合您設計的最佳低噪聲架構。但是，如果您希望簡化對噪聲敏感的模擬電源的設計、降低功率損耗并縮小整體設計占用空間，請考慮使用低噪聲降壓轉換器。