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探索微弱信号的先行者——ADI超低噪声稳压器LT3045实测
阅读: 1365 |  回复: 45 楼层直达

2020/06/29 10:50:28
1
javike[荣誉版主]
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:179 | 回复帖:3102
LV12
元帅

随着各种智能终端和物联网设备的功能越来越智能化,各种终端和传感器也越来越多,同时对微弱信号的探索也提出了更高的挑战,所以对于产品中的电源纹波和噪声要求也越来越严苛,ADI之前推出了LT1763低噪声的LDO电源产品,这次测试的是噪声性能更好的LT3045产品。其具备低至0.8uVrms2nV/HZ@10KHz的噪声,在1MHz时还具备76dB的超高共模抑制比(PSRR)。同时其1.8-20V的超宽输入电压范围和0.26V的低压差,为各种智能产品和传感器产品设计提供高质量的供电。

 

在实测之前,我们先得解决超低纹波测量的问题。一般示波器的底噪都在几十uV以上,甚至几mV,那么如何进行LT3045这种低至nV级的纹波和噪声呢?

 

我们需要通过噪声放大器将纹波噪声信号放大10000倍,让信号幅度满足示波器的测量,再设置示波器衰减10000倍测得纹波噪声值。在使用噪声放大器测量之前,先需要对噪声放大器的频坦响应做一个测量,看看是否满足测试要求。频坦测试采用信号发生器注入信号,而信号放大器的最低输出幅值一般也是10-20mV,放大10000倍后会使噪声放大器进入饱和状态,所以还得对信号放大器输出的信号进行衰减后再测试。

 



先对这个自制的40倍的衰减器做一下扫频。



直接采用示波器的PSRR测试功能,对其进行扫频测试其衰减比例。实测衰减为32dB,计算40倍的衰减,20log(CH2/CH1)=20log*40=32dB

从测试结果可以看出,在1MHz以内,衰减倍率还是非常稳定的。

 

接下来将衰减后的信号注入到噪声放大器,对噪声放大器的频坦做测量。


 


此款噪声放大器基于凌特AN124做了些部分改进,同时借鉴了乐老师的作品,将带宽做了点扩展。



AFG信号通过40倍衰减后,送入噪声放大器的输入端,同时连接到示波器的通道1,将噪声放大器的输出端连接到示波器的通道2,进行频坦曲线测试。



从扫频的曲线中可以看出,噪声放大器的衰减增益为-80dB,则其放大倍数为10000倍,在10KHz范围内,频坦响应还不错。


下面来进行一下实测:


左边的LT1763低噪声LDO和右边的超低噪声LT3045对比测试.



为了杜绝气流和温度的影响,测试都是将2块板子放在纸箱中接线后密封测试的。

此时设定的输出电压为2.5V,采用一颗5欧姆的电阻作为负载,负载电流0.5A左右。

 

通过噪声放大器放大10000倍后,再采用示波器衰减10000倍测得的纹波噪声。



10KHZ带宽下,LT1763的纹波RMS值实测为8.318uVLT3045的纹波RMS值实测为781.5nV。低于规格书标称的0.8uV




1KHZ带宽下,LT1763的纹波RMS值实测为8.916uVLT3045的纹波RMS值实测为692.9nV。表现非常优异。




100Hz下, LT1763的纹波RMS值实测为7.471uVLT3045的纹波RMS值实测为652.6nV




10Hz下, LT1763的纹波RMS值实测为3.215uVLT3045的纹波RMS值实测为379nV。噪声幅度大幅度降低。虽然LT1763已经是低噪声LDO产品了,但LT3045的纹波RMS值仍然比LT1763小了10倍左右。


当涉及对噪声敏感的模拟/射频应用(常见于测试和测量系统中,其机器或设备的测量精度需要比被测实体高几个数量级)时,相对于开关稳压器,LDO稳压器通常是首选。低噪声LDO稳压器为各种模拟/射频设计供电,包括频率合成器(PLL/VCO)、射频混频器和调制器、高分辨率的高速数据转换器以及精密传感器。然而,这些应用的灵敏度已经达到了传统低噪声LDO稳压器的测试极限。例如,在许多高端VCO中,电源噪声直接影响VCO输出相位噪声(抖动)。此外,为了满足整体系统效率的要求,LDO稳压器通常用于对噪声相对较高的开关转换器的输出进行后级调节,因此LDO的高频电源纹波抑制(PSRR)性能变得至关重要。再者,与业界标准的开关稳压器相比,LDO稳压器的噪声水平可降低两到三个数量级,从mV (rms)范围降至几个uV (rms)范围。


接下来在看看将输出电压设定提高到3.3V看看:



采用一颗4.7欧姆串了21欧姆的电阻作为负载,负载电流基本是满载0.5A




从结果中看:

LT1763随着输出电压的升高,输出纹波噪声明显会高了一些,但LT3045的纹波虽然也有波动,但基本不变。



由于LT3045是采用基于电流基准的架构,精密电流源基准后面接着高性能的单位增益缓冲器,可实现几乎恒定的带宽、噪声PSRR和负载调整性能,不受输出电压影响。LT1763输出噪声会输出电压的变化而变化。LT3045由于是单位增益,输出噪声不会随输出电压的变化而变化。


由于上面的测试是基于直流电源的供电,下面采用带有纹波输出的BUCK电源给LT3045供电,先对基于LT8068的BUCK电源DEMO进行纹波测试看看:



基于LT8068BUCK输出纹波p_pk值为10.92mV



LT3045连接到LT8068的输出端,再进行纹波和噪声测试:

从图中可以看出,级联到带有纹波输出的LT8068的输出端,纹波噪声与直流电源供电相比,基本没变,仔细看稍微有点变小了,不排除是LT8068输出到LT3045的线较短的影响。可见,LT3045对输入端的纹波抑制能力非常强,得益于其超高的PSRR共模抑制比。








。。。。。。未完,待续。。。。。。



标签 IC 测试测量
2020/06/29 13:38:38
2
刘桓呈
电源币:9 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:22
LV2
班长
感谢黄工的细心讲解!受益匪浅!
2020/06/29 13:40:48
4
灰色头像
电源币:2551 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:29
LV2
班长
黄工的讲解一向特别细致
2020/06/29 13:41:03
6
yy呦呦
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
棒棒哒
2020/06/29 13:42:06
8
灰色头像
电源币:2551 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:29
LV2
班长
2020/06/29 13:40:28
3
yy呦呦
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
测评很棒,学习到了很多知识
2020/06/29 13:40:51
5
人生戏we
电源币:0 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:13
LV3
排长
又一高大上测试产品
2020/06/29 13:41:29
7
lihui710884923
电源币:484 | 积分:1 主题帖:159 | 回复帖:524
LV9
军长

作为凌特的忠实粉丝,现在是ADI,我们公司用的DCDC都是用的LT系列电源芯片,对于多路BUCK降压输出的方案,LT系列芯片非常不错的,我们经常用的两路输出的LT3501

三路输出的LT1941等等,性能这块挺好的

对于LDO这块,LT3045,看具体参数

具体还需等楼主的精彩测评

2020/06/29 18:30:19
9
青龙出海
电源币:3392 | 积分:8 主题帖:0 | 回复帖:25
LV3
排长
通过噪声放大器降纹波噪声,处理办法不错,有经验!不知道这个示波器是支持几通道的,波形输出比较平滑。
2020/06/29 22:38:34
10
zxw1126
电源币:960 | 积分:13 主题帖:1 | 回复帖:27
LV4
连长
可以看出,这次测评对信号放大器输出的信号进行衰减后才测试,从测试结果可以观察到在1MHz以内,衰减倍率非常稳定的,后将带宽做了点扩展,10KHz范围内频坦响应还可以。
2020/06/30 13:44:01
11
zdr665
电源币:2369 | 积分:0 主题帖:5 | 回复帖:57
LV4
连长

黄工讲解很详细,我们公司也有用到ADI的芯片。

这个是电池供电,黄工能否用开关电源来做一个测评?  

这么超低噪声稳压器产品也可以应用到仪器仪表方案中。

2020/06/30 21:41:27
14
javike[荣誉版主]
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:179 | 回复帖:3102
LV12
元帅
后面会把LT3045级联到带有高输出纹波的DC-DC开关电源的输出端,实测纹波抑制效果
2020/07/03 15:20:48
36
javike[荣誉版主]
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:179 | 回复帖:3102
LV12
元帅
已更新加入级联DC-DC的纹波测试
2020/06/30 21:24:48
12
不可说
电源币:110 | 积分:3 主题帖:3 | 回复帖:53
LV5
营长
ADI的产品在工作中用的还多的,精密仪器/医疗器/军工产品/物联网/通信等领域有着广泛应用,超低噪声LDO器件ADI 这方面是行业领先者。如果是自己设计产品使用,在设计LT3045周围的硬件电路时,应该注意什么?ADI是否会给相应的参考电路?谢谢~
2020/06/30 21:40:28
13
javike[荣誉版主]
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:179 | 回复帖:3102
LV12
元帅
官网有LT3045的应用笔记,可以去官网下载
2020/07/01 13:26:59
15
javike[荣誉版主]
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:179 | 回复帖:3102
LV12
元帅
更新了LT3045和LT1763在2.5V输出时的纹波对比
2020/07/01 15:01:41
16
yy呦呦
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
要是弄一个超低噪声宽带放大器电路,成本大概多少?
2020/07/01 15:37:42
17
电源网-俪俪
电源币:460 | 积分:12 主题帖:145 | 回复帖:98
LV6
团长
询价可以联系Excelpoint世健公司,他们是中国区域与ADI合作最久的代理商
2020/07/01 15:59:27
18
NERIY
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:9
LV2
班长
感谢老师讲解,我想问下测试超低纹波示波器使用DC档还是AC档测试,还有就是为什么纹波要看RMS而不是峰值?  小白勿喷,先谢谢大佬~~
2020/07/01 16:04:41
19
gaon
电源币:9847 | 积分:0 主题帖:13 | 回复帖:417
LV7
旅长
经的起折腾的产品才是好产品, ADI产品的品质绝对是业界顶级的.LT1763的超低噪声性能优越,是高端产品的不二之选.楼主测量方案巧妙,考虑周全,完全体现出1763的真实力, 只是用纸箱做测试的用具,会不会略显粗犷:P
2020/07/01 16:23:05
20
baby1475007882
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
最近正在研究电源纹波的测试及滤波方案,学习了
2020/07/01 16:28:39
21
低压槽
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
它采用了linear专有的LDO架构,即在精准电流源基准之后跟随一个高性能单位增益缓冲器从而产生几乎恒定带宽的调节性能,而不会受到电压影响。LT3045有独特设计,在10kHZ时产生仅为2nV/hz的超低点噪声。在低频PSRR直至10kHZ时超过90db,高频PSRR直至2.5MHZ超过70db能改善高纹波输入电源
2020/07/01 16:28:45
22
低压槽
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
它采用了linear专有的LDO架构,即在精准电流源基准之后跟随一个高性能单位增益缓冲器从而产生几乎恒定带宽的调节性能,而不会受到电压影响。LT3045有独特设计,在10kHZ时产生仅为2nV/hz的超低点噪声。在低频PSRR直至10kHZ时超过90db,高频PSRR直至2.5MHZ超过70db能改善高纹波输入电源
2020/07/01 16:49:02
23
yangjun841025
电源币:36 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:13
LV2
班长

LT3045 采用非常小的低成本 10µF 陶瓷输出电容器工作,优化了稳定性和瞬态响应。单个电阻器设定精准的外部电流限制 (在温度范围内为 ±10%)。单个 SET 引脚电容器可降低输出噪声,并提供了基准软启动功能,从而防止在接通时输出电压过冲。此外,该器件的内部保护电路包括电池反向保护、电流反向保护、具折返的内部电流限制.和具迟滞的热限制。其他特点包括快速启动功能 (如果使用电容值很大的 SET 引脚电容器就很有用),以及具可编程门限的电源良好标记以指示输出电压处于稳定状态。

2020/07/02 08:30:00
24
yangjun841025
电源币:36 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:13
LV2
班长
通过在10kHZ,1kHZ,100Hz和10Hz下对比了LT1763和LT3045可以看到其纹波的RMS实测值更好,这次的这款LT3045低噪声的LDO可以更好的为各种智能产品和传感器产品设计提供高质量的供电。感谢黄工给我们详细的分析和讲解。

 

2020/07/02 09:44:44
25
电源币:47 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:5
LV2
班长
LT3045抗干扰能力强吗?外围参数好调吗?配置的参数多吗?相比于其它同性能的产品有哪些优势?一致性生产如何?过波峰焊温度是多少?
2020/07/02 10:11:17
26
chenxihaha
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:1
LV1
士兵

曾用过LT3042做参考级直流标准源的电源部分,LT3042的性能、封装和LT3045基本一致,仅输出电流小一些。不得不说此款芯片的噪声做得如此低,温度稳定性也是牛得不行,作为参考级直流标准源,电源的噪声和温漂影响是很大的,最主要的是这样高性能的电源芯片,外部电路并不复杂,而且价格也亲民,低中高端应用场景几乎通用。

2020/07/02 15:30:25
27
鲁珀特
电源币:20 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:11
LV2
班长
LT系列的LDO芯片基本都走在同行业的前列,横向比较,输出噪声相对其他公司产品,具有领先优势。纵向比较,新款产品比老款产品有也数量级的优势。在对EMI要求较高的场合,LT3045必将成为首选方案之一,他的宽压输入也将是一个重要优势。
2020/07/02 23:01:33
28
dy-lShcgU7c
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
对于这种小信号系统,选择的示波器 探棒 引线 采样率等带来的影响如何,对信号真实性怎么评估呢?
2020/07/03 00:03:46
29
apaqi0
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
ADI的新电源产品都一直在看,新的LDO在RMS噪声上更低,输出电流最大500mA,电路简单,整体性能不错,非常适合应用在心电模拟供电。
2020/07/03 07:53:38
30
yinxiangxv
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:2
LV1
士兵

花了点时间完整的看了一遍测试过程,图文并茂,总之LT3045的性能更胜一筹,不过在文章中出现了一个词汇,我不是很理解:

1、什么是频坦?

2、放大器和衰减器的配合使用对信号有没有影响呢?

3、我看黑白的原理图不是很清楚,能不能表示出需要重点看明白的区域,并加上文字描述?

4、附上我i在网上找到的datashe:

20V,500mA,超低噪声,超高PSRR线性稳压器功能特点

超低RMS噪声:0.8µVRMS(10Hz至100kHz)

超低点噪声:在10kHznn时为2nV /√Hznn

超高PSRR:在1MHz时为76dBnn

输出电流:500mAnn

宽输入电压范围:1.8V到20Vnn的单个电容器可改善噪声和PSRR

 100µA SET引脚电流:±1%初始精度

单个电阻器程序输出电压高带宽:1MHznn可编程电流限制

低压降电压:260mVnn输出电压范围:0V至15V可编程功率Good快速启动能力精密使能/ UVLO可并联以实现更低的噪声和更高的电流具有Foldback的内部电流限制nn最小输出电容器:10µF Ceramicnn反向电池和反向电流保护 12引脚MSOP和10引脚3mm x 3mm DFN封装应用

射频电源:PLL,VCO ,混频器,LNA,PAs超低噪声仪器 高速/高精度数据转换器

医疗应用:成像,诊断

 Precision P开关电源的低电源供应器后稳压器说明LT®3045是一款高性能低压降线性稳压器,具有LTC的超低噪声和超高PSRR架构,可为对噪声敏感的应用供电。 LT3045被设计为一个精密电流基准,后面是一个高性能电压缓冲器,可以轻松地并联以进一步降低噪声,增加输出电流并在PCB上散布热量。该器件在典型的260mV压差电压下提供500mA的电流。工作静态电流标称值为2.2mA,停机时降至<< 1µA。 LT3045的宽输出电压范围(0V至15V)保持单位增益工作,提供了几乎恒定的输出噪声,PSRR,带宽和负载调节,而不受编程输出电压的影响。此外,该稳压器具有可编程的电流限制,快速启动能力和可编程功率,可很好地指示输出电压的稳定。LT3045稳定,并具有最小的10pF陶瓷输出电容器。内置保护包括反向电池保护,反向电流保护,带折返的内部电流限制和带迟滞的热限制。 LT3045采用耐热增强型12引脚MSOP和10引脚3mm x 3mm DFN封装。

2020/07/03 14:42:38
31
dy-vgyIibNK
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
我们需要探测的电源纹波和噪声本来就是很微弱的信号,而我们的ADI超低噪声稳压器是否也会产生电源纹波或者噪声?以及会不会对了对原有的传感器完成精度上的影响?
2020/07/03 14:47:38
32
黄鸿财123
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
Lt3045
2020/07/03 14:49:12
33
黄鸿财123
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
Lt3045价格是多少?相对于mps和ti的同类型产品是否具备更高的性价比,适合用于医疗器械产品的LDO吗
2020/07/03 14:55:44
34
huearth
电源币:8 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
在实测之前,我们先得解决超低纹波测量的问题。一般示波器的底噪都在几十uV以上,甚至几mV,那么如何进行LT3045这种低至nV级的纹波和噪声呢?
2020/07/03 14:55:44
35
huearth
电源币:8 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
在实测之前,我们先得解决超低纹波测量的问题。一般示波器的底噪都在几十uV以上,甚至几mV,那么如何进行LT3045这种低至nV级的纹波和噪声呢?
2020/07/03 15:43:54
37
better9527
电源币:22 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:19
LV3
排长
只看到电压值,那么响应时间呢?
2020/07/03 15:47:38
38
13760409120fu
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
本人从事智能家居方面的工作,在研发WIFI+蓝牙双模球泡灯灯时,由于WIFI模块在配网过程中电流纹波比较大,LDO供电电流也比较大,不知道ADI的这款LT1763能否满足要求?感谢握手
2020/07/03 15:50:25
39
better9527
电源币:22 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:19
LV3
排长
你们只说到测试的最小电压值,还没有说到响应时间最少要多少?我们布板时因为板子大小的限制,特别是高密度板子,地线不会很干净,会不会被地线噪声影响到?
2020/07/03 16:19:01
40
gao1shou
电源币:7 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
写得很详细,受教了!请问楼主如何才能成功申请到板子呢?
2020/07/03 21:58:27
41
电影的质感
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
个人感觉是信号对失真处理细节对楼主表示很赞
2020/07/03 21:59:36
42
电影的质感
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
最好加实体机箱模拟真实环境
2020/07/03 22:02:38
43
电影的质感
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:0
LV1
士兵
补充一下,单板对信号干扰和真实环境有很大的区别,楼主最好在屏蔽室里面做好一些,个人看法
2020/07/04 07:26:15
44
hdzpc
电源币:10 | 积分:0 主题帖:19 | 回复帖:158
LV5
营长
黄工在10kHZ,1kHZ,100Hz和10Hz下对比了LT1763和LT3045,可以看出LT3045纹波特性更好,表明LT3045低噪声的LDO可以更好的为各种智能产品和传感器产品设计提供高质量的供电。但这是基于直流输入环境下的情况,我们期待LT3045在交流输入、干扰应用环境下、设备电源动态环境下应用于数字智能化需求高稳定的表现,另外,低噪声的测量标准能否更加细化,让每个工程师都能得心应手!期待此类高精度产品早日量产应用,感谢黄工给我们详细的分析和讲解,谢谢!
2020/07/04 08:31:46
45
孙文杰23
电源币:2 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
感谢作者的测试,让我们了解了LT3045的低噪声和低的电源纹波,我想问下描述的低压差为.026V,这个是输入输出的电压差?如果输出值变大或输入变大电压差是否会改变?还有LT3045的线形性关系如何?最大输出电压电流为多大?如何申请Demo板试用?
2020/07/04 08:34:45
46
lkings
电源币:2 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:34
LV3
排长
对于这种可以放大nV级别的放大IC,如何做到抗干扰,layout方面是不是会有一些特别需要注意的地方,正负两个取样点走线如何走是最好的,另外不知道这个IC的offset这个参数是不是非常小,可以非常好的成线性放大。
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