盡管 LDO 穩壓器通常是任何給定系統中成本最低的組件之一，但從成本/收益角度來看，它通常是最有價值的組件之一。除了輸出電壓調節之外，LDO 穩壓器的另一項關鍵任務是保護昂貴的下游負載免受電壓瞬變、電源噪聲、反向電壓、電流浪涌等惡劣環境條件的影響。

簡而言之，它的設計必須堅固耐用，并包含在保護負載的同時吸收環境懲罰所需的所有保護功能。許多低成本 LDO 線性穩壓器沒有必要的保護功能，因此會出現故障，不僅會損壞穩壓器本身，還會損壞下游負載。

LDO 穩壓器與其他穩壓器

可以通過多種方法實現低壓降壓轉換和調節。

當今一代快速、高電流、低電壓的數字 IC，如 FPGA、DSP、CPU、GPU 和 ASIC，對為內核和 I/O 通道供電的電源提出了更嚴格的要求。傳統上，由于電荷泵缺乏必要的輸出電流和瞬態響應，因此已使用高效的開關穩壓器為這些設備供電。然而，切換器存在潛在的噪聲干擾問題，有時它們具有緩慢的瞬態響應和布局限制。

因此，LDO 穩壓器是這些應用以及其他低壓系統的替代方案。由于最近的產品創新和功能增強，LDO 穩壓器提供了一些性能優勢，使其更受歡迎。

此外，在為噪聲敏感的模擬/RF 應用供電時（通常在測試和測量系統中發現，其中機器或設備的測量精度需要比被測量實體好幾個數量級），LDO穩壓器通常比其開關對應物更受歡迎。低噪聲 LDO 穩壓器為各種模擬/RF 設計提供動力，包括頻率合成器 (PLL/VCO)、RF 混頻器和調制器、高速和高分辨率數據轉換器以及精密傳感器。?

LDO 設計挑戰

一些 IC（例如運算放大器和儀表放大器）以及數據轉換器（例如數模轉換器 (DAC) 和模數轉換器 (ADC)）被稱為雙極性因為它們需要兩個輸入電源：一個正極和一個負極。正軌通常由正電壓基準供電，或者更好的是，由線性或低壓差穩壓器供電。負軌傳統上由負開關穩壓器或逆變器供電。然而，基于電感的開關很容易將噪聲引入系統。隨著負穩壓器的出現，使用負 LDO 穩壓器為負系統供電軌供電并利用 LDO 穩壓器的所有特性（無電感、低噪聲、更高 PSRR、快速瞬態響應、防彈保護）已變得有利。?

較舊的老式 LDO 穩壓器的 PSRR 和噪聲性能要差得多，雖然它們仍可用于創建這些類型的靜音電源，但將系統組合在一起需要大量額外的組件、電路板空間和設計時間。這些額外的組件也會根據其特性（寄生電阻等）對功率預算產生不利影響。

對于使用運算放大器、ADC 或其他信號鏈組件的客戶來說，還有另一個具有挑戰性的系統性能特性：這些 IC 沒有無限的電源抑制能力，更糟糕的是，在高頻時電源抑制能力可能會顯著降低。過去，這意味著在板上使用額外的過濾組件，從而增加了解決方案的尺寸。此外，如果設計人員試圖獲得更高的精度，如果穩壓器電源噪聲過大，可能會導致更多麻煩，這會導致測量場景中出現不必要的變化。

許多符合行業標準的線性穩壓器使用單電源執行低壓差操作，但大多數無法實現極低電壓轉換與低輸出噪聲、寬輸入/輸出電壓范圍和廣泛保護功能的結合。

PMOS LDO 穩壓器實現了壓差并在單電源上運行，但在低輸入電壓下受到傳輸晶體管的 VGS 特性的限制，并且它們缺乏高性能穩壓器提供的許多保護功能。基于 NMOS 的器件提供快速瞬態響應，但需要兩個電源來偏置器件。NPN 穩壓器提供寬輸入和輸出電壓范圍，但它們需要兩個電源電壓或具有更高的壓差。

相比之下，通過適當的設計架構，PNP 穩壓器可以實現低壓差、高輸入電壓、低噪聲、高 PSRR 和具有防彈保護的極低電壓轉換，并且所有這些都來自單電源軌。

為獲得最佳整體效率，許多高性能模擬和射頻電路由 LDO 穩壓器供電，后者對開關轉換器的輸出進行后調節。這需要在 LDO 穩壓器的低輸入至輸出差分下具有高 PSRR 和低輸出電壓噪聲。具有高 PSRR 的 LDO 穩壓器可輕松過濾和抑制來自開關輸出的噪聲，而無需笨重的濾波組件。此外，在寬帶寬內具有低輸出電壓噪聲的器件有利于當今的現代電源軌，其中噪聲敏感性是一個關鍵考慮因素。大電流下的低輸出電壓噪聲顯然是必須具備的規格。

新型超低噪聲、超高 PSRR LDO 穩壓器

很明顯，解決本文所述問題的 LDO 解決方案應具有以下屬性：

非常低的輸出噪聲

寬頻率范圍內的高 PSRR

低壓差操作

單電源操作（易于使用和輕松的電源排序挑戰）

快速瞬態響應時間

在寬輸入/輸出電壓范圍內工作

中等輸出電流能力

優良的熱性能

占地面積小

為滿足這些特定需求，ADI 公司推出了其 LT304x 系列超高 PSRR、超低噪聲正 LDO 穩壓器。最新成員是互補的LT3094，它是一款超低噪聲、超高 PSRR 低壓差電壓 500mA 負線性穩壓器。該器件是流行的 500mA LT3045（LT3042用于 200mA）的負版本。

LT3094 的獨特設計在 10kHz 時具有僅為 2nV/√Hz 的超低點噪聲，在 10Hz 至 100kHz 的寬帶寬內具有 0.85μV rms 的集成輸出噪聲。PSRR 性能卓越：低頻 PSRR 在接近 4 kHz 時超過 100 dB，高頻 PSRR 在 2 MHz 時超過 70 dB，可降低噪聲或高紋波輸入電源。

LT3094 采用專有的 LDO 架構：一個精密電流源基準，后跟一個高性能單位增益緩沖器，從而實現了幾乎恒定的帶寬、噪聲、PSRR 和負載調節性能，而與輸出電壓無關。此外，這種架構允許多個 LT3094 并聯，以進一步降低噪聲、增加輸出電流并在印刷電路板 (PCB) 上散布熱量。

LT3094 在 –2V 至 –20V 的寬輸入電壓范圍內提供高達 500mA 的輸出電流和 230mV 的壓差。輸出電壓范圍為 0 V 至 –19.5 V，輸出電壓容差在整個線路、負載和溫度范圍內具有 ±2% 的高精度。該器件的寬輸入和輸出電壓范圍、高帶寬、高 PSRR 和超低噪聲性能是為 PLL、VCO、混頻器和 LNA 等噪聲敏感應用供電的理想選擇；極低噪聲儀器，例如測試和測量以及高速/高精度數據轉換器；醫療應用，例如成像和診斷以及精密電源；和用于開關電源的后置穩壓器。

LT3094 采用一個小型、低成本、10μF 陶瓷輸出電容器工作，該電容器優化了穩定性和瞬態響應。單個電阻器對外部精密電流限制（±10% 過溫）進行編程。該器件的 VIOC 引腳控制上游穩壓器，以最大限度地降低功耗并優化 PSRR。單個 SET 引腳電容器可降低輸出噪聲并提供參考軟啟動功能，防止開啟時輸出電壓過沖。此外，該器件的內部保護電路包括帶折返的內部電流限制和帶遲滯的熱限制。其他特性包括快速啟動能力（在使用大值 SET 引腳電容器時很有用）和電源良好標志（業界第一個具有此功能的負 LDO 穩壓器）具有可編程閾值以指示輸出電壓調節。 ?

圖 1：LT3094 典型應用原理圖和特性。

LT3094 采用耐熱增強型 12 引線、3 × 3mm DFN 和 MSOP 封裝，兩者均具有緊湊的占板面積。E 級和 I 級版本有現貨供應，工作結溫為 –40°C 至 125°C。

LT3094 需要一個輸出電容器以實現穩定性。鑒于其高帶寬，建議使用低等效串聯電阻 (ESR) 和等效串聯電感 (ESL) 陶瓷電容器。穩定性需要最小 10μF 的輸出電容，ESR 低于 30mΩ，ESL 低于 1.5nH。考慮到使用單個 10μF 陶瓷輸出電容器獲得的高 PSRR 和低噪聲性能，較大的輸出電容器值只會略微提高性能，因為穩壓器帶寬會隨著輸出電容的增加而降低 - 因此，通過使用大于最小 10μF 輸出電容。盡管如此，較大的輸出電容值確實會降低負載瞬態期間的峰值輸出偏差。 ?

圖 2：LT3094 PSRR 性能。

圖 3：LT3094 輸出噪聲性能。

并行設備的好處

通過并聯多個 LT3094 可獲得更高的輸出電流。將所有 SET 引腳和所有 IN 引腳連接在一起。使用小塊 PCB 走線（用作鎮流電阻器）將 OUT 引腳連接在一起，以均衡 LT3094 中的電流。還可以并聯兩個以上的 LT3094，以實現更高的輸出電流和更低的輸出噪聲。輸出噪聲降低與并聯設備數量的平方根成正比。并聯多個 LT3094 也有助于在 PCB 上分布熱量。對于具有高輸入至輸出電壓差的應用，輸入串聯電阻器或與 LT3094 并聯的電阻器也可用于散熱。 并聯電路實現見圖4 。

圖 4：LT3094 并聯運行。

表 1 顯示了 ADI 超高 PSRR、超低噪聲 LDO 穩壓器系列的成員。

結論

正 200mA LT3042、500mA LT3045 以及現在的新型互補 LT3094 500mA 負 LDO 提供了突破性的噪聲和 PSRR 性能。這些特性，再加上其寬電壓范圍、低壓差、廣泛的保護功能/穩健性和易用性，使其非常適合為測試和測量或醫學成像系統中的噪聲敏感雙極正/負軌供電。憑借其當前基于基準的架構，噪聲和 PSRR 性能保持獨立于輸出電壓。此外，多個器件可以直接并聯，以進一步降低輸出噪聲、增加輸出電流并在 PCB 上散布熱量。LT3042、LT3045 和 LT3094 在提高應用性能的同時節省了時間和成本。

　　審核編輯：湯梓紅