数字化的线性稳压器

摘要

业界出现了一种新的产品类型，即数字低压差(LDO)线性稳压器。此类解决方案尺寸非常小，能够提供线性电源的遥测功能和可调性，常用于射频和仪器仪表领域的超低噪声应用。

引言

线性稳压器是一种简单的电压转换器，可将较高的输入电压转换为较低的输出电压。其行为特性就像一个动态电阻器，总是能够准确地调节至所需数值，确保在特定的电流下使设定的输出电压保持恒定。

由于市面上的开关模式电源转换器种类多样、易于使用，而且在大多数应用中具有更高的效率，因此线性稳压器的使用越来越少。然而，在一种特定用例中，也就是需要对开关稳压器产生的电压进行滤波时，线性稳压器仍然非常重要。图1给出了一个示例。开关模式电源(SMPS)产生的输出电压会伴有与技术相关的电压纹波。线性稳压器通常具有良好的电源电压抑制比(PSRR)。电源抑制比(PSRR)反映了器件在不同频率下对干扰的抑制能力有多强。

图1.一种典型的线性稳压器应用场景，用于对开关稳压器电压进行滤波。

针对图1所示的线性稳压器的应用场景，开发了一种特殊类型的线性稳压器，称为超低噪声线性稳压器。除了具有高PSRR值之外，超低噪声线性稳压器产生的噪声非常低，尤其是在1 Hz至100 kHz之间的低频带中。

此类低噪声电源的典型用例包括：高带宽和低带宽精密电路，例如锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器、低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)；高精度仪器应用。

对于其中一些实现方案，具备检测电源状态的能力会很有帮助。系统可以使用线性稳压器的输入电压、输出电压、负载电流和温度等信息来确认电路是否正常运行。对于此类应用场景，有一种新的解决方案，即数字LDO。

数字LDO的设计类似于传统的超低噪声LDO，但配备了数字接口PMBus®。图2显示了一个与图1类似的系统，但配备了数字LDO LT3074。

图2.适用于超低噪声应用的数字线性稳压器。

数字LDO属于新的产品类别。过去，数字接口器件（例如LTC2972）可以与超低噪声线性稳压器（例如LT3041）结合使用，但需要为此增加占用空间，造成电路设计更加复杂。利用新型数字LDO（例如LT3074），所有功能都可以整合到同一个IC中，也就是线性稳压器，它具有数字接口，可设置LDO的参数，例如限流值、输出电压和遥测，以获取有关运行状态的信息。

例如，在系统中，微控制器与LDO通信，如图2所示。LTpowerPlay®一款可用于评估的免费软件，可从analog.com下载。它提供了图形用户界面，通过USB至PMBus接口，与数字LDO通信。

图3.LTpowerPlay软件与LT3074数字LDO进行通信。

至此，人们不禁要问，为何这项技术（也就是将数字连接融入超低噪声LDO）在过去未能实现？原因是在将数字时钟电路部件与LDO的超低噪声技术结合时，很难避免集成电路的数字部分对模拟部分产生干扰。而LT3074的有效值噪声为1.2 μV rms（10 Hz至100 kHz），使这种结合成为了可能。

结论

线性稳压器领域的新进展促成了首款数字LDO的诞生。数字LDO将有助于在射频领域、仪器仪表和医疗应用领域研发出更先进的系统。凭借数字LDO集成的遥测特性、可调节性和高集成度，系统将变得更加稳健，功能更为丰富，尺寸更加紧凑。