作者 Michael B. Anderson 凌力爾特公司(現(xiàn)隸屬ADI公司)信號調(diào)理產(chǎn)品部高級設(shè)計工程師

摘要：本文介紹一款精準的低噪聲、低漂移穩(wěn)壓器LT6658，其是一款兼具基準的準確度指標和線性穩(wěn)壓器的性能穩(wěn)壓器。

引言

　　精確的模擬電路設(shè)計師常常依靠靜靜地安居一隅的電壓基準給DAC和ADC轉(zhuǎn)換器供電。其實，這已經(jīng)超出了電壓基準的基本職責(zé)范圍，因為電壓基準本來只是為了給轉(zhuǎn)換器的基準輸入提供一個干凈、精確和穩(wěn)定的電壓。在不違反一些注意事項的情況下，用電壓基準供電通常也是可行的，這也是應(yīng)對電流日益提高的應(yīng)用時，人們總是希望采用電壓基準的原因。畢竟，如果電壓基準可以給轉(zhuǎn)換器供電，那為什么不能給模擬信號鏈路或其他轉(zhuǎn)換器，以及更多的組件供電呢?

　　在設(shè)計過程中，很多時候需要在精確度和功率之間做出抉擇。如果采用比較“暴力”的方法，就需要在高精確度時使用電壓基準，需要毫瓦級功率時使用穩(wěn)壓器。這樣做除了增加所需電路板空間和成本，還必須通過特定路徑單獨傳送信號，即使這些信號的標稱電壓相同。而且，如果需要一個高精確度電壓源提供毫瓦級功率，那么設(shè)計師就必須對基準進行緩沖。LT6658提供兩個低噪聲、高精確度輸出，共提供200mA輸出電流，還提供高基準規(guī)格，從而解除了這個困境。

1 LT6658概述

　　LT6658是一款精準的低噪聲、低漂移穩(wěn)壓器，其兼具基準的準確度指標和線性穩(wěn)壓器的性能。LT6658擁有10ppm/℃的漂移和0.05%的初始準確度。在LT6658的電源側(cè)具有兩個提供150mA和50mA的輸出，它們各具20mA的有源電流吸收能力。為了保持準確度，負載調(diào)整率為0.1ppm/mA。當(dāng)輸入電壓電源引腳連接在一起時，電壓調(diào)整率通常為1.4ppm/V;而當(dāng)給輸入引腳提供單獨的電源時，電壓調(diào)整率則小于0.1ppm/V。

　　為了更好地理解LT6658的功能及其工作方式，通過圖1給出了一個典型應(yīng)用。LT6658由一個帶隙級、一個降噪級和兩個輸出緩沖器組成。帶隙級和兩個輸出緩沖器單獨供電，以提供出色的隔離度。每個輸出緩沖器都有一個開爾文檢測反饋引腳，以提供最佳負載調(diào)節(jié)。

　　降噪級由一個400Ω電阻器組成，還為連接一個外部電容器提供了引腳。這個RC網(wǎng)絡(luò)起到了低通濾波器的作用，限制了帶隙級噪聲的帶寬。外部電容器可以任意大，以將噪聲帶寬減小到非常低的頻率。

2 電流供應(yīng)和吸收

　　LT6658從 VOUT1_F引腳提供150mA，從VOUT2_F引腳提供50mA，而且這兩個引腳均吸收20mA。有源吸收能力有助于獲得卓越的瞬態(tài)響應(yīng)，并實現(xiàn)快速穩(wěn)定。瞬態(tài)響應(yīng)時間是很短的，同時保持了0.1ppm/mA負載調(diào)整率。

3 輸出跟蹤

　　如果應(yīng)用有多個使用不同電壓基準的轉(zhuǎn)換器，那么，即使輸出設(shè)定為不同的電壓，LT6658的輸出也會實現(xiàn)跟蹤，以確保一致的轉(zhuǎn)換結(jié)果。這樣做是可能的，因為LT6658的兩個輸出是用公共電壓源驅(qū)動的。輸出緩沖器進行了微調(diào)，可實現(xiàn)出色的跟蹤效果和低漂移。當(dāng)VOUT1_F上的負載從0提高到150mA時，VOUT2輸出的變化小于12ppm。隨著負載和工作條件的變化，輸出之間的關(guān)系也會得到很好的保持。

4 電源抑制和隔離

　　為了方便實現(xiàn)出色的電源抑制和輸出隔離，LT6658提供3個電源引腳。V_IN引腳給帶隙電路供電，V_IN1和V_IN2分別給V_OUT1和V_OUT2供電。最簡單的方法是，連接所有3個電源引腳，以提供1.4ppm/V的典型DC電源抑制。當(dāng)電源引腳單獨連接時，V_IN1電源切換，針 V_OUT2的DC電壓調(diào)節(jié)是0.06ppm/V。V_IN電源靈敏度最高，在輸出上引起1.4ppm/V的典型變化。電源引腳V_IN1和V_IN2幾乎不產(chǎn)生影響。

　　隔離良好的輸出緩沖器抑制來自相鄰緩沖器的負載瞬態(tài)，對相鄰輸出產(chǎn)生最小影響。圖2a和2b說明了通道至通道輸出隔離。一個輸出在50mVrms上擺動，所畫曲線表示相鄰緩沖器中的變化。

5 電源管理和保護

　　3個電源引腳有助于控制封裝中消耗功率的多少。當(dāng)提供大電流時，降低電源電壓以最大限度降低 LT6658中的功耗。跨輸出器件兩端將出現(xiàn)較低的電壓，從而實現(xiàn)較低的功耗和較高的效率。

　　輸出禁止引腳OD關(guān)斷輸出緩沖器，并將VOUT_F 引腳置于高阻抗狀態(tài)。一旦出現(xiàn)故障情況，這樣做就很有用。例如，負載可能損壞和短路。外部電路可以檢測到這種情況，這時兩個輸出都可以被禁止。這個功能也可以忽略不理，當(dāng)OD引腳浮置或連至高電平時，弱上拉電流將啟動輸出緩沖器。

　　LT6658采用MSE-16裸露焊盤封裝，θJA低至35℃/W。當(dāng)電源電壓為高時，電源效率將較低，從而導(dǎo)致封裝中產(chǎn)生過多的熱量。例如，在滿負載時，一個 32.5V的電源電壓將在輸出器件上產(chǎn)生30Vx0.2A的過量功率。過量功率的總數(shù)為6W，這將使內(nèi)部芯片溫度上升至比環(huán)境溫度高210℃!為了保護器件，當(dāng)芯片溫度超過165℃時，熱停機電路將停用輸出緩沖器。

6 噪聲

　　就數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和其他高精確度應(yīng)用而言，噪聲是一個重要參數(shù)。在NR(降噪)引腳上增加一個電容器，低噪聲LT6658的噪聲甚至可以變得更低。在NR引腳上的電容器與一個內(nèi)置400Ω電阻器一起，形成了一個低通濾波器。大型電容器降低了濾波器頻率，因此，降低了總的綜合噪聲。圖3a顯示，提高NR引腳上的電容器值所產(chǎn)生的效果。采用10μF電容器時，噪聲滾降至大約為 7nV/Hz。

　　通過增大輸出電容器，噪聲可以進一步降低。當(dāng) NR 和輸出電容器都增大時，輸出噪聲就可以降至幾微伏。使用1μF至50μF的輸出電容器，LT6658是穩(wěn)定的。如果并聯(lián)放置一個1μF的陶瓷電容器，那么輸出用較大的電容也可以穩(wěn)定。例如，圖3b顯示了一個1μF 陶瓷電容器與一個100μF聚合鋁電容器并聯(lián)的電路。這種配置在降低噪聲帶寬時仍然保持穩(wěn)定。圖3c說明了不同輸出電容值時的噪聲響應(yīng)。在所有這3種情況下，都有一個小型1μF陶瓷電容器與一個較大的電容器并聯(lián)。

　　這種方案的一個缺點是噪聲峰值，噪聲峰值可能增大總的綜合噪聲。為了降低噪聲峰值，可以插入一個與大型輸出電容器串聯(lián)的1Ω電阻器，如圖4a所示。輸出電壓總的綜合噪聲分別如圖4b所示。

7 結(jié)論

　　LT6658是基準和穩(wěn)壓器領(lǐng)域發(fā)展的下一步。對于精準型模擬電源而言，精準性能和從單個封裝提供 200mA組合式電流的能力是一種模式轉(zhuǎn)移。噪聲抑制、通道至通道隔離、跟蹤和負載調(diào)節(jié)等特點把該產(chǎn)品不偏不倚地置于未來精準型模擬基準和電源解決方案的成長道路上。利用這種新方法，應(yīng)用將無須犧牲精度或功耗指標。

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第6期第70頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。