在微型模塊封裝中整合高效開關(guān)電源轉(zhuǎn)換及低噪聲線性穩(wěn)壓

具有高速度或高分辨率功能的器件需要干凈的電源。開關(guān)穩(wěn)壓器雖能在多種輸入 / 輸出條件下提供高效率，但典型的開關(guān)電源則很難具備高數(shù)據(jù)速率 FPGA I/O 通道或高比特數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器所需的干凈、低輸出噪聲和快速瞬態(tài)響應(yīng)特性。與此相反，高性能線性穩(wěn)壓器卻擁有低輸出噪聲和快速瞬態(tài)響應(yīng)，但其升溫很快。

LTM8028 兼具上述兩者的最佳特性，這是一個受控于 UltraFast? 線性穩(wěn)壓器的高效率同步開關(guān)轉(zhuǎn)換器，它們都被集成在一個 15mm x 15mm 的小型 μModule? 封裝中。該封裝具有 LGA (4.32mm 高) 和 BGA (4.92mm 高) 兩種引線型式，均符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

線性穩(wěn)壓器負(fù)責(zé)將開關(guān)電源的輸出控制在比期望輸出電壓高 300mV 的數(shù)值，以提供裕度、效率和瞬態(tài)響應(yīng)性能的最優(yōu)組合。LTM8028 接受高達 40V 的輸入，并可在高至 5A 的電流下產(chǎn)生介于 0.8V 和 1.8V 之間的輸出電壓。圖 1 示出了典型的 1.2V 輸出應(yīng)用。

圖 1：LTM8028 在一個 36V 輸入、UltraFast、低輸出噪聲 5A μModule 穩(wěn)壓器中的應(yīng)用。

通過控制 3 個三態(tài)輸入 (VO0、VO1 和 VO2) 來設(shè)定 LTM8028 的輸出電壓。施加一個電壓至 MARGA 引腳可允許用戶對輸出實施高達 ±10% 的裕度調(diào)節(jié)?？梢岳?IMAX 引腳減小最大值為 5A 的電流限值，而一個 PGOOD 信號則用于指示輸出處于目標(biāo)電壓的 10% 以內(nèi)。

采用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器從一個 12V 電源產(chǎn)生 1.2V/5A 輸出的設(shè)計將消耗超過 50W 的功率，并且有可能需要使用昂貴的散熱器。如圖 2 所示，LTM8028 的功耗則不足其 1/12 (少于 4W)，因而產(chǎn)生的典型結(jié)溫升幅只有 45°C。

圖 2：在一個 12V 輸入至 1.2V/5A 輸出應(yīng)用中，LTM8028 的功率耗散低于 4W，而且升溫幅度僅為 45°C。

LTM8028 的核心是高性能線性穩(wěn)壓器。其總體電壓和負(fù)載調(diào)整率低于 0.2% (在室溫條件下) 和 1% (在整個 –40°C 至 125°C 溫度范圍內(nèi))。這線性穩(wěn)壓器的 UltraFast 帶寬為 LTM8028 在 10% 至 90% 負(fù)載階躍提供了一個僅為 2% 的瞬態(tài)響應(yīng)。圖 3 和圖 4 分別示出了當(dāng)該器件被配置為提供 1V 和 1.8V 輸出時，負(fù)載以 1A/μs 的擺率從 0.5A 階躍至 5A 情況下 LTM8028 的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 3：在 1.0V 輸出條件下，LTM8028 的瞬態(tài)響應(yīng)小于 20mV。

圖 4：LTM8028 的瞬態(tài)響應(yīng)僅為 38mV。盡管線性穩(wěn)壓器和同步開關(guān)轉(zhuǎn)換器封裝在一起，但是高電源抑制能力和集成型減噪電路可產(chǎn)生低輸出噪聲。如圖 5 所示，峰至峰噪聲低于 1mV。*

圖 5：LTM8028 輸出端上的峰至峰開關(guān)噪聲低于 1mV。(原理圖給出了用于實現(xiàn)這些結(jié)果的設(shè)置。)

在頻域中，頻譜噪聲分量非常低，其在開關(guān)轉(zhuǎn)換器 300kHz 基本頻率下的峰值為 4μV/√Hz，如圖 6 所示。當(dāng)給高比特數(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路供電時，這一點是很重要的。

圖 6：峰值僅為 4μV/√Hz 的輸出噪聲頻譜密度使得 LTM8028 成為高靈敏度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的上佳選擇。

結(jié)論

當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計需要低功率損失、嚴(yán)緊的調(diào)節(jié)、快速瞬態(tài)響應(yīng)和低輸出噪聲時，可采用 LTM8028 μModule 穩(wěn)壓器。該器件將高性能開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器的最佳特性整合在單個空間利用率很高的封裝之中。

如需獲取產(chǎn)品手冊、演示板和其他應(yīng)用信息，可登錄 www.linear.com.cn/LTM8028。

注

* 測量低幅度噪聲會非常棘手。該測量采用同軸電纜、阻抗匹配和一個 150MHz HP461A 放大器來完成。這與凌力爾特《應(yīng)用指南 70》(Application Note 70)“一款具 100μV 輸出噪聲的單片式開關(guān)穩(wěn)壓器 (A Monolithic Switching Regulator with 100μV Output Noise)”(作者：Jim Williams) 中描述的設(shè)置是相似的，唯一的差別在于這里的測量未將帶寬限制為 10MHz。