如何选择抗辐射的低压降稳压器 (LDO)

1.前言

抗辐射低压降稳压器 (LDO) 是许多航天级子系统的重要电源组件，包括现场可编程门阵列 (FPGA)、数据转换器和模拟电路。LDO 有助于确保为性能取决于干净输入的组件提供稳定、低噪声和低纹波的电源。

但是，市场上有如此多的 LDO，我们如何为我们的子系统选择合适的抗辐射器件？让我们看看一些设计规范和设备功能，以帮助我们做出这个决定。

2.航天级 LDO 的压差

LDO 的压差是输入和输出电压之间的电压差，此时 LDO 停止调节输出电压。压差规格越小，工作电压差越小，能够运行的电压差越低，从而导致功耗和热耗散更少，以及固有的更高的最大效率。这些好处在更高的电流下变得更加显着，如公式 1 所示：

LDO 功耗 = (V IN -V OUT )xI OUT                  (1)

在抗辐射市场中，很难找到真正的低压差稳压器，能够在辐射、温度和老化方面提供强大的性能。

TI 的抗辐射 LDO TPS7H1101A-SP就是一个例子，它在 3 A 时提供 210 mV 的典型压差 (Vdo) – 目前是市场上最低的。如果您有可用的标准 5V、3.3V、2.5V 或 1.8V 电源轨，该 LDO 可以将输出电压调节低至 0.8V 以提供任何所需的电压，以及一个或多个空间所需的电流级模数转换器 (ADC) 或时钟。

3.空间 LDO 的噪声性能

随着卫星在太空中运行 10 年或更长时间，从机载集成电路中获得最大性能有助于确保设计寿命。为了为高性能时钟、数据转换器、数字信号处理器或模拟组件提供干净、低噪声的电源轨，LDO 电路产生的内部噪声需要最小化。

由于内部产生的 1/f 噪声不容易过滤，因此应寻找具有固有低噪声特性的 LDO。低频噪声通常是最大的，也是最难滤除的。TPS7H1101A-SP 提供最低的 1/f 噪声水平之一，在 10 Hz 时峰值约为 1 µV/ √ Hz。有关频率范围内的 RMS 噪声，请参见下面的图 1。

图 1：TPS7H1101A-SP 噪声

4.空间 LDO 的 PSRR

电源抑制比 (PSRR) 衡量 LDO 清除或抑制来自上游其他组件的传入噪声的能力。对于高端 ADC，输入电源噪声要求不断提高，以最大限度地减少误码。在较高频率下，鉴于控制环路的特性，很难获得高 PSRR。

通常，设计人员需要使用外部组件来过滤噪声以达到可接受的有效 PSRR，这会增加解决方案的尺寸——这对于空间应用来说是一个明显的问题，因为空间应用的尺寸和重量与卫星发射成本直接相关。

PSRR 在上游电源的开关频率下最为重要（因为在该频率下存在电压纹波）。此外，由于开关谐波，高于此频率的 PSRR 很重要。如果您正在寻找良好的 PSRR，TPS7A4501-SP LDO 在 100 kHz 下提供超过 45 dB 的 PSRR。

5.其他重要的 LDO 特性

除了压差、PSRR 和噪声之外，让我们看看几个可以成为抗辐射 LDO 性能不可或缺的智能特性。

使能够。在太空中，太阳能电池板只能提供一定数量的电力，许多功能需要从中运行。启用功能允许您在任何给定时间指定 LDO 是打开还是关闭，并且证明对于整体节省功率预算至关重要。使能引脚对于上电排序也很重要，这在新一代 FPGA 中的需求越来越大。

慢启动。电压上升过快会导致电流过冲或过大的峰值浪涌电流，从而损坏 FPGA 或 ADC 等下游组件。软启动功能可调节启动时输出电压上升的速度。软启动还通过防止上游电源产生过电流来防止出现不可接受的电压下降。

输出电压精度。通常，赛灵思 KU060 等较新的航天级 FPGA 对每个电源轨都有严格的输入电压容差要求，以实现最佳性能。为了确保您的设计满足辐射暴露和结束时的生活条件，看起来像设备严格的精度要求TPS7H1101A-SP，这是对KU060开发板。

尺寸。除了采用易于布局的小型封装外，减小解决方案尺寸的其他方法包括限制 LDO 的外部组件数量；具有更多集成功能、更好的 PSRR 和噪声规格；和更可靠的单事件效应下的辐射性能。TI 的TPS7A4501-SP是业界最小的抗辐射 LDO 之一，无论是在封装尺寸、布局还是解决方案尺寸方面。

6.结论

有这么多选项可供选择，选择合适的 LDO 可能很困难。考虑哪些功能和特性最重要。例如，如果我们的应用为高端 FPGA 或高速数据转换器供电，则输出电压精度、参考精度、PSRR 和噪声等特性可能是优先考虑的因素。但是，如果我们正在设计低性能模拟电路或使用容差要求不那么严格的旧 FPGA，那么拥有尺寸最小、成本最低的解决方案，同时保留足够好的功能可能是更好的选择。