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ADI最新超低噪聲穩(wěn)壓器LT3045實(shí)測(cè),真有這么神奇么?

大家好,我是電源網(wǎng)深圳實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人黃亭(Javike),拿到ADI一款新超低噪聲LDO,計(jì)劃實(shí)測(cè)一下。文末有個(gè)此測(cè)評(píng)的臨時(shí)微信群,對(duì)我的測(cè)評(píng)有意見(jiàn)建議、索取資料或樣品的可以進(jìn)群,或給我評(píng)論留言。

隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,各種終端、傳感器層出不窮。這樣的趨勢(shì)對(duì)微弱信號(hào)的探索提出了更高的挑戰(zhàn),同時(shí)對(duì)于產(chǎn)品中電源紋波和噪聲要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。ADI之前推出過(guò)LT1763低噪聲的LDO電源產(chǎn)品,而這次測(cè)試的是噪聲性能更好的LT3045。LT3045具備低至0.8uVrms和2nV/√HZ@10KHz的噪聲,在1MHz時(shí)還具備76dB的超高共模抑制比(PSRR)。同時(shí),其1.8-20V的超寬輸入電壓范圍和0.26V的低壓差,為各種智能產(chǎn)品和傳感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了高質(zhì)。此文我們將實(shí)際測(cè)量一下,看他真正性能如何?

一、細(xì)胞有了,顯微鏡在哪?自己做!

在實(shí)測(cè)之前,我們首先需要解決超低紋波測(cè)量的問(wèn)題。一般示波器的底噪都在幾十uV以上,甚至幾mV,那么如何進(jìn)行LT3045這種低至nV級(jí)的紋波和噪聲呢?我們需要通過(guò)噪聲放大器將紋波噪聲信號(hào)放大10000倍,讓信號(hào)幅度滿足示波器的測(cè)量,再設(shè)置示波器衰減10000倍測(cè)得紋波噪聲值。在使用噪聲放大器測(cè)量之前,先需要對(duì)噪聲放大器的頻坦響應(yīng)做一個(gè)測(cè)量,看看是否滿足測(cè)試的要求。頻坦測(cè)試采用信號(hào)發(fā)生器注入信號(hào),而信號(hào)放大器的最低輸出幅值一般是10-20Mv,放大10000倍后會(huì)使噪聲放大器進(jìn)入飽和狀態(tài),所以還需要對(duì)信號(hào)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行衰減后再測(cè)試。

圖示1

首先,對(duì)這個(gè)自制的40倍衰減器(見(jiàn)圖示1)做掃頻測(cè)試,見(jiàn)圖示2。

圖示2

直接采用示波器的PSRR測(cè)試功能,對(duì)其進(jìn)行掃頻測(cè)試其衰減比例。實(shí)測(cè)衰減為32dB,計(jì)算40倍的衰減,可得20log(CH2/CH1)=20log*40=32dB。

從測(cè)試結(jié)果可以看出,在1MHz以內(nèi),衰減倍率是非常穩(wěn)定的。接下來(lái)將衰減后的信號(hào)注入到噪聲放大器,對(duì)噪聲放大器的頻坦做測(cè)量(見(jiàn)圖示3)。

圖示3

此款噪聲放大器基于凌特AN124做了部分改進(jìn),同時(shí)借鑒了樂(lè)老師的作品,將帶寬做了點(diǎn)擴(kuò)展(見(jiàn)圖示4)。

圖示4

將AFG信號(hào)通過(guò)40倍衰減后,送入噪聲放大器的輸入端,同時(shí)連接到示波器的通道1,將噪聲放大器的輸出端連接到示波器的通道2,進(jìn)行頻坦曲線測(cè)試(見(jiàn)圖示5)。

圖示5

從掃頻的曲線中可以看出,噪聲放大器的衰減增益為-80dB,則其放大倍數(shù)為10000倍,在10KHz范圍內(nèi),頻坦響應(yīng)還不錯(cuò)。

二、工具有了,開(kāi)測(cè)!采用直流電源供電對(duì)比LT1763LT3045

下面來(lái)進(jìn)行一下實(shí)測(cè):

圖示6

左邊的LT1763低噪聲LDO和右邊的超低噪聲LT3045對(duì)比測(cè)試(見(jiàn)圖示6)。

圖示7

為了杜絕氣流和溫度的影響,測(cè)試都是將2塊板子放在紙箱中接線后密封后進(jìn)行的(見(jiàn)圖示7)。此時(shí)設(shè)定的輸出電壓為2.5V,采用一顆5歐姆的電阻作為負(fù)載,負(fù)載電流0.5A左右。通過(guò)噪聲放大器放大10000倍后,再采用示波器衰減10000倍測(cè)得的紋波噪聲。

圖示8

圖示9

在10KHZ帶寬下,LT1763的紋波RMS值實(shí)測(cè)為8.318uV(見(jiàn)圖示8),LT3045的紋波RMS值實(shí)測(cè)為781.5nV(見(jiàn)圖示9)。低于規(guī)格書(shū)標(biāo)稱的0.8uV。

圖示10

圖示11

在1KHZ帶寬下,LT1763的紋波RMS值實(shí)測(cè)為8.916uV(見(jiàn)圖示10),LT3045的紋波RMS值實(shí)測(cè)為692.9nV(見(jiàn)圖示11),表現(xiàn)非常優(yōu)異。

圖示12

圖示13

在100Hz下, LT1763的紋波RMS值實(shí)測(cè)為7.471uV(見(jiàn)圖示12),LT3045的紋波RMS值實(shí)測(cè)為652.6nV(見(jiàn)圖示13)。

圖示14

圖示15

在10Hz下, LT1763的紋波RMS值實(shí)測(cè)為3.215uV(見(jiàn)圖示14),LT3045的紋波RMS值實(shí)測(cè)為379nV(見(jiàn)圖示15)。噪聲幅度大幅度降低。雖然LT1763已經(jīng)是低噪聲LDO產(chǎn)品了,但LT3045的紋波RMS值仍然比LT1763小了10倍左右。

當(dāng)涉及對(duì)噪聲敏感的模擬/射頻應(yīng)用(常見(jiàn)于測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)中,其機(jī)器或設(shè)備的測(cè)量精度需要比被測(cè)實(shí)體高幾個(gè)數(shù)量級(jí))時(shí),相較于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,LDO穩(wěn)壓器通常是首選。低噪聲LDO穩(wěn)壓器為各種模擬/射頻設(shè)計(jì)供電,包括頻率合成器(PLL/VCO)、射頻混頻器和調(diào)制器、高分辨率的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及精密傳感器。然而,這些應(yīng)用的靈敏度已經(jīng)達(dá)到了傳統(tǒng)低噪聲LDO穩(wěn)壓器的測(cè)試極限。例如,在許多高端VCO中,電源噪聲直接影響VCO輸出相位噪聲(抖動(dòng))。此外,為了滿足整體系統(tǒng)效率的要求,LDO穩(wěn)壓器通常用于對(duì)噪聲相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行后級(jí)調(diào)節(jié),因此LDO的高頻電源紋波抑制(PSRR)性能變得至關(guān)重要。再者,與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比,LDO穩(wěn)壓器的噪聲水平可降低兩到三個(gè)數(shù)量級(jí),從mV (rms)范圍降至幾個(gè)uV (rms)范圍。

接下來(lái)再看看將輸出電壓設(shè)定提高到3.3V的情況:

圖示16

采用一顆4.7歐姆串了2個(gè)1歐姆的電阻作為負(fù)載(見(jiàn)圖示16),負(fù)載電流基本是滿載0.5A。

圖示17

圖示18

從圖中波紋的變化來(lái)看,隨著輸出電壓的升高,LT1763的輸出紋波噪聲明顯變高了一些(見(jiàn)圖示17),而LT3045的紋波雖然也有波動(dòng)(見(jiàn)圖示18),但基本不變。

圖示19

由于LT3045是采用基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu),精密電流源基準(zhǔn)后面連接??高性能的單位增益緩沖器,可實(shí)現(xiàn)幾乎恒定的帶寬、噪聲PSRR和負(fù)載調(diào)整性能,不受輸出電壓影響。LT1763輸出噪聲會(huì)隨著輸出電壓的變化而變化。LT3045由于是單位增益,輸出噪聲不會(huì)隨輸出電壓的變化而變化(見(jiàn)圖示19)。

從測(cè)試結(jié)果我們可以看出,LT1763輸出噪聲會(huì)隨著輸出電壓的變化而變化。而LT3045由于是單位增益,采用基于電流基準(zhǔn)的架構(gòu),精密電流源基準(zhǔn)后面連接高性能的單位增益緩沖器,可實(shí)現(xiàn)幾乎恒定的帶寬、噪聲PSRR和負(fù)載調(diào)整性能,不受輸出電壓影響,所以輸出噪聲不會(huì)隨輸出電壓的變化而變化。

三、繼續(xù)測(cè):采用BUCK電源供電對(duì)比LT1763和LT3045

上面的測(cè)試是基于直流電源的供電,那么下面采用帶有紋波輸出的BUCK電源給LT3045供電,先對(duì)基于LT8068的BUCK電源DEMO進(jìn)行紋波測(cè)試(見(jiàn)圖示20):

圖示20

基于LT8068的BUCK輸出紋波p_pk值為10.92mV(見(jiàn)圖示21)。

圖示21

將LT3045連接到LT8068的輸出端,再進(jìn)行紋波和噪聲測(cè)試(見(jiàn)圖示22):

圖示22

圖示23

從圖示23中可以看出,將LT3045級(jí)聯(lián)到帶有紋波輸出的LT8068的輸出端,紋波噪聲基本沒(méi)變,仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)輕微變小,這種情況不排除是LT8068輸出到LT3045的線較短的影響。由此可見(jiàn),LT3045對(duì)輸入端的紋波抑制能力非常強(qiáng),得益于其超高的PSRR共模抑制比。

接下來(lái)再看看其超低點(diǎn)噪聲的表現(xiàn)(見(jiàn)圖示24):

圖示24

實(shí)測(cè)其超低點(diǎn)噪聲低于其標(biāo)稱的2nV/√HZ@10KHz,達(dá)到了驚人的1.892nV/√HZ@10KHz根據(jù)LT1763規(guī)格書(shū),在比輸出電壓略高1V的輸入電壓下,注入50mV的干擾信號(hào),進(jìn)行PSRR曲線測(cè)試:

圖示25

從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看(見(jiàn)圖示25),其最大共模抑制比出現(xiàn)在649.5Hz,達(dá)到了90.48dB。不過(guò),在實(shí)測(cè)到30Hz以內(nèi)的信號(hào)較為動(dòng)蕩,這種情況的出現(xiàn)可能是由于注入放大器、示波器分辨率以及底噪的限制。從10Hz-20MHz的共模抑制比曲線中可以看出,最低點(diǎn)為4.657MHz,只有1.04dB的共模抑制比。在1MHz左右時(shí),其共模抑制比實(shí)測(cè)只有26.8dB左右。

由于LT3045的共模抑制比非常高,注入低幅度的干擾時(shí)輸出端基本不會(huì)有干擾信號(hào),所以,接下來(lái)在采用信號(hào)注入放大器給LT3045的輸入端注入在12V輸入的條件下,注入極限的正負(fù)8V的干擾信號(hào),看看其共模抑制比的表現(xiàn):

圖示26

從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看(見(jiàn)圖示26),其最大共模抑制比出現(xiàn)在31.67Hz,達(dá)到了144.1dB。從10Hz-20MHz的共模抑制比曲線中,最低點(diǎn)為2.577MHz,但也有59.46dB的共模抑制比。另外,在1MHz左右時(shí),其共模抑制比實(shí)測(cè)達(dá)到了70.89dB,接近標(biāo)稱的76dB,可謂表現(xiàn)優(yōu)異。

相比之下,LT3045在1MHz時(shí)的共模抑制能力比LT1763高了整整50 dB。對(duì)于LT3045如此優(yōu)異的超低噪聲表現(xiàn),為智能終端和傳感器領(lǐng)域提供了高質(zhì)量的供電系統(tǒng),促進(jìn)了人類針對(duì)更微弱信號(hào)的探索和發(fā)展。

四、需要更多的資料? 只要你要,我就奉送

好了,測(cè)評(píng)內(nèi)容到此結(jié)束了。對(duì)此測(cè)評(píng)感興趣的,可以告訴我們您的郵箱地址,第一時(shí)間就會(huì)把精華資料送到您的手中。

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