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低噪声高精度线性稳压器技术解析与应用指南

科技观察员 2025-09-10 10:35 次阅读
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Texas Instruments DEM-OPA-DTK-EVM评估模块是一款演示装置,可以帮助设计人员评估高速、宽带宽运算放大器的运行情况和性能。DEM-OPA-DTK-EVM PC板未被插装,它与8引脚SON(DTK和DRG)封装单通道放大器兼容。TI DEM-OPA-DTK-EVM评估模块具有最大的灵活性和易用性,可适应多种放大器配置。

数据手册:*附件:Texas Instruments DEM-OPA-DTK-EVM评估模块数据手册.pdf

特性

  • 输入和输出上包括可选的端接电阻器,可轻松搭配50Ω测试设备使用
  • 反馈网络元件,用于反相和同相配置
  • 可配置为单电源或分电源运行
  • 标准SMA占位,用于输入和输出信号连接
  • 高速优化布局,减少寄生效应

PCB布局

1.png

低噪声高精度线性稳压器技术解析与应用指南

一、产品核心特性

TPS7A74是一款1.5A输出能力的低压差线性稳压器,具有多项突出特性:

  • 宽输入电压范围‌:0.65V至6V,支持极低电压应用场景
  • 高精度输出‌:全温度范围内精度达±1.5%,基准电压0.65V
  • 超低噪声性能‌:7.1μVRMS噪声水平(10Hz-100kHz带宽)
  • 卓越的PSRR‌:70dB@1kHz,保持优异的高频抑制能力
  • 编程软启动‌:通过外部电容实现可控的单调电压爬升
  • 双电源架构‌:支持单电源和分离电源配置,VBIAS引脚允许低VIN操作

二、关键技术创新

2.1 双电源供电架构

TPS7A74采用创新的双电源设计,通过独立的BIAS引脚(1.7-6V)为内部控制电路供电,使主输入电压可以低至0.65V。这种架构相比传统LDO具有显著优势:

  • 当VIN低于VOUT + 1.62V时,BIAS供电确保内部电路正常工作
  • 分离供电路径减少输入电压波动对控制回路的影响
  • 实现仅150mV的压差(VIN dropout,1.5A负载时)

2.2 高级噪声抑制技术

该器件集成了多重噪声抑制机制:

  • 可编程软启动电容同时作为基准电压滤波器
  • 内部精密带隙基准优化噪声性能
  • 电源抑制比(PSRR)在1kHz达70dB,1MHz仍有50dB

噪声电压可通过公式估算:Vn(RMS) = 7.1×(VOUT/0.65V) μVRMS (CSS=1nF时)

2.3 智能保护功能

  • 混合限流保护‌:采用"砖墙+折返"混合模式,在过载时提供2-3.3A的限流保护
  • 热关断‌:结温达165°C时关断,140°C时恢复
  • 双重UVLO‌:独立的IN和BIAS欠压锁定,确保可靠启动
  • 有源放电‌:禁用时通过600Ω(OUT)和120Ω(FB)电阻快速放电

三、典型应用设计

3.1 FPGA I/O电源设计实例

以1.8V/1.5A FPGA I/O电源为例,设计要点包括:

  1. 电源配置‌:
    • VIN = 2.1V (来自系统电源)
    • VBIAS = 5V (来自辅助电源)
    • 效率可达83.3% [(1.8V/2.1V)×100%]
  2. 关键元件选型‌:
    • 输入电容CIN ≥ 1μF (X7R/X5R陶瓷)
    • 偏置电容CBIAS ≥ 1μF
    • 输出电容COUT ≥ 10μF
    • 软启动电容CSS = 1nF (启动时间≈32μs)

3.2 PCB布局指南

优化的PCB布局对高频性能至关重要:

  1. 电源去耦‌:
    • VIN/VBIAS电容尽量靠近引脚
    • 采用多层陶瓷电容(MLCC)降低ESR/ESL
    • 必要时添加π型滤波器增强高频PSRR
  2. 热管理‌:
    • 充分利用3mm×3mm WSON封装的热焊盘
    • 通过多个过孔连接至内部接地层
    • 最大允许结温125°C,需计算实际功耗:

四、选型对比与应用场景

特性TPS7A74优势适用场景
超低VIN/VOUT支持0.65V输入/输出新一代低电压处理器供电
高精度±1.5%全温度精度精密ADC/DAC参考电源
低噪声7.1μVRMS噪声水平射频/混合信号系统供电
快速瞬态响应NMOS架构,无最小ESR要求大电流数字负载瞬态补偿
小尺寸解决方案3mm×3mm WSON封装空间受限的便携设备
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