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?超低噪声、超高PSRR的TPS7A94 LDO稳压器技术解析

科技观察员 ? 2025-09-15 11:51 ? 次阅读
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Texas Instruments TPS7A94超高PSRR射频稳压器是一款低噪声 (0.46μV RMS )、低压差 (LDO) 稳压器,能够提供1A电流,最大压差仅为200mV。低压差加上带宽误差放大器,可在低工作余量 (500mV) 和高输出电流 (1A) 下实现超高PSRR(1kHz时为100dB,1MHz时为60dB)。输出可通过外部电阻器在0至5.3V范围内调节。TPS7A94具有宽输入电压范围,支持1.7V至5.5V工作电压。该元件具有可编程电流限制、可编程PG阈值和精密使能等非常见特性,实现更多应用控制。

数据手册:*附件:Texas Instruments TPS7A94超高PSRR射频稳压器数据手册.pdf

该器件具有高精度基准电压源和宽带宽、单位增益跟随LDO,可轻松并联以实现更低噪声和更大电流。具有1%输出电压精度(在整个线路、负载和温度范围内)以及软启动功能,可降低浪涌电流, TPS7A94超高PSRR射频稳压器非常适合用于为电压控制振荡器 (VCO)、模数转换器 (ADC)、数模转换器 (DAC)、高端处理器以及现场可编程门阵列 (FPGA) 供电。

特性

  • 在整个负载、线路和温度范围内的精度为±1%
  • 超低输出噪声:0.46μV RMS (10Hz至100kHz)
  • 低压差:1A时为200mV(最大值)
  • 高电源纹波抑制 (PSRR)
    • 70dB(直流时)
    • 100dB(1kHz时)
    • 90dB(10kHz时)
    • 70dB(100kHz时)
    • 60dB(1MHz时)
  • 宽输入电压范围:1.7V至5.7V
  • 宽输出电压范围:0.4V至5.5V
  • 可并联多个器件以降低噪声、增加电流
  • 快速瞬态响应
  • 精密使能和UVLO
  • 可编程电流限制
  • 可编程PG阈值
  • 可调启动浪涌控制
  • 开漏电源良好 (PG) 输出
  • 3.0mm ^2^ 、10引脚DSC封装

功能框图

1.png

?超低噪声、超高PSRR的TPS7A94 LDO稳压器技术解析?

?1. 核心特性?

TPS7A94的主要技术亮点包括:

  1. ?超低噪声?
    • 10 Hz至100 kHz带宽内仅0.46 ?VRMS的RMS噪声。
    • 1.3 nV/√Hz的噪声频谱密度(1 kHz时)。
  2. ?超高PSRR?
    • 102 dB @ 100 Hz,110 dB @ 1 kHz,50 dB @ 1 MHz(VIN = 3.8 V,VOUT = 3.3 V,IOUT = 750 mA)。
  3. ?高精度与宽电压范围?
    • 输出精度±1%(全温度范围)。
    • 输入电压范围:1.7 V至5.7 V;输出电压范围:0 V至5.5 V(可调)。
  4. ?灵活的功能配置?
    • 可编程电流限制(60%/80%/100%)。
    • 可调Power-Good(PG)阈值(85%-95%)。
    • 可编程软启动(通过NR/SS引脚)。

?2. 架构与工作原理?

?2.1 关键引脚功能?

  • ?NR/SS引脚?:通过外部电阻(RNR/SS)设置输出电压(VOUT = INR/SS × RNR/SS),并联电容(CNR/SS)用于噪声滤波和软启动控制。
  • ?FB_PG引脚?:双功能引脚,用于设置PG阈值和调整电流限制(通过分压电阻配置)。
  • ?EN_UV引脚?:精密使能输入,支持外部UVLO(欠压锁定)设计。
  • ?SNS引脚?:远程负载检测,优化瞬态响应。

?2.2 噪声与PSRR优化机制?

  • ?噪声控制?:通过低噪声电流源(150 ?A)和CNR/SS电容形成低通滤波,截止频率由f_cutoff = 1/(2π·RNR/SS·CNR/SS)决定。
  • ?PSRR增强?:宽带宽误差放大器与低ESR陶瓷电容(推荐10 ?F)配合,实现高频段PSRR > 50 dB。

?3. 典型应用设计?

?3.1 电路设计要点?

  1. ?输出设置?
    • 使用22.1 kΩ电阻(1%精度)设置3.3 V输出(VOUT = 150 ?A × 22.1 kΩ)。
  2. ?电流限制与PG配置?
    • 选择RFB_PG(BOTTOM) = 100 kΩ和RFB_PG(TOP) = 1.47 MΩ,实现95% PG阈值和750 mA电流限制。
  3. ?输入/输出电容?
    • 输入电容(CIN):10 ?F低ESR陶瓷电容,抑制电源纹波。
    • 输出电容(COUT):10 ?F多层陶瓷电容(X7R/X5R),优化瞬态响应。

?3.2 布局建议?

  • ?热管理?:将热焊盘连接至大面积GND平面,并通过过孔散热。
  • ?低噪声布局?:
    • 缩短NR/SS、FB_PG引脚的走线长度。
    • SNS引脚需Kelvin连接至负载端。

?4. 性能实测数据?

  • ?PSRR曲线?:在1 MHz频率下仍保持50 dB的抑制能力(VIN = 3.8 V,IOUT = 750 mA)。
  • ?噪声频谱?:10 Hz至100 kHz带宽内噪声低于1 ?VRMS(CNR/SS = 4.7 ?F时)。
  • ?瞬态响应?:100 mA至1 A负载阶跃下,输出电压偏差<50 mV(COUT = 10 ?F)。

?5. 应用场景?

  1. ?射频系统?:为VCO和PLL提供超低噪声电源。
  2. ?医疗设备?:超声波扫描仪中的模拟前端供电。
  3. ?高精度ADC/DAC?:降低电源引入的谐波失真。
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