使用LDO低噪电源轨 - 如何提高音频转换器性能

使用 LDO 低噪电源轨可以将声音品质提高约 8 dB。图 3 表明 THD+N 将超过 93 dB。另外，观察 FFT 频谱分析仪图后，我们发现，噪声底限得到极大降低。谐波很容易辨认，其取决于器件的性能。在其大部分频率带宽中，相比 –110 dBV，该噪声底限维持在 –120 dBV 以下（请参见图 2）。该结果证明，在音频转换器上使用一个低噪声电源轨可以提高性能。
 
相比转换器，LDO 电源解决方案拥有更加低噪的输出电压，但是线性稳压器的效率较低，并且会在系统中引起散热问题。因此，理想的解决方案是将转换器的高效率同线性稳压器的低噪声输出性能相结合，从而实现一种高效、低噪的电源解决方案。然而，在一些这两种因素都很重要的应用中，往往存在价格和空间限制。
 
在集成开关式转换器和 LDO 稳压器中，我们会发现一个集成转换器 +LDO 解决方案，例如：TPS54120。1A 开关式转换器与 LDO 组合使用，可向音频转换器高效地提供低噪电源。另外，这种集成解决方案还是一种低成本的解决方案，而占用的电路板空间也更少。它拥有优异的负载和线压瞬态响应性能，可在使用小型封装时承受很宽的输入电压范围，这让它成为家庭音频应用的理想选择。
 
使用集成开关式转换器和 LDO 稳压器代替第一个测量举例的转换器，可以得到更加低噪的输出电压（请参见图 4）。我们没有观测到输出电压噪声或者纹波。运用一个 12V 输入电压，并将输出调节为 3.3V。在 400 mA 负载电流时对受测输出电压进行测量。该电压可以完美地驱动整个音频系统，无需担心转换器的噪声和 AC 纹波。
  

 
图 4 集成转换器和 LDO 稳压器的输出电压纹波
 
图 5 中，集成转换开关和 LDO 稳压器用于为音频 DAC 供电。稳压器 输入端使用 12 伏输入电压。我们得到与图 3 相同的结果。
 

 
图 5 集成转换器和 LDO 稳压器供电音频 DAC 的示意图
表 1 对不同解决方案的成本、电路板空间、效率和性能进行了比较。我们发现，转换器 +LDO 的集成解决方案拥有高性能和高效率优势。
 
表 1 不同解决方案比较：

 
结论
开关式电源所产生的 AC 纹波和开关噪声会产生负面影响，其降低了音频 DAC 输出的质量。我们可以利用一些滤波技术，将音频转换器隔离于这些噪声源。除噪声以外，滤波器的效率、成本以及在音频系统中所占用的电路板空间，都是重要的因素。把开关式转换器的高效率与 LDO 的超低噪声性能相结合，是一种理想的解决方案。另外，由于成本和电路板空间占用得到进一步降低， 开关式转换器 +LDO 集成解决方案比独立解决方案更有优势。