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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

  • 2020-06-29 10:50
  • javike

    LV.3
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  • 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。

     2A



    先对这个自制的40倍的衰减器做一下扫频。

    2



    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。


     3


    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。

    X1



    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。

    4



    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:

    10


    左边的LT1763低噪声LDO和右边的超低噪声LT3045对比测试.

    11


    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。

    12

    13



    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


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    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。


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


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    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:

    20


    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


    21


    22



    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。


    23



    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:

    24


    25



    基于LT8068BUCK输出纹波p_pk值为10.92mV


    26



    LT3045连接到LT8068的输出端,再进行纹波和噪声测试:

    27


    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。


    接下来再看看其超低点噪声的表现:

    31


    实测其超低点噪声低于其标称的2nV/HZ@10KHz,达到了惊人的1.892nV/HZ@10KHz


    LT1763根据规格书,在比输出电压略高1V的输入电压下,注入50mV的干扰信号,进行PSRR曲线测试:

    32


    从测试的结果来看,其最大共模抑制比出现在649.5Hz,达到了90.48dB。不过实测到30Hz以内的信号比较动荡,可能是受限于注入放大器和示波器分辨率及底噪的限制。从10Hz-20MHz的共模抑制比曲线中,最低点为4.657MHz,只有1.04dB的共模抑制比。在1MHz左右时,其共模抑制比实测只有26.8dB左右。


    由于LT3045的共模抑制比非常高,注入低幅度的干扰时输出端基本不会有干扰信号,所以,接下来再采用信号注入放大器给LT3045的输入端注入在12V输入的条件注入极限的正负8V的干扰信号,看看其共模抑制比的表现:

    33


    从测试的结果来看,其最大共模抑制比出现在31.67Hz,达到了144.1dB。从10Hz-20MHz的共模抑制比曲线中,最低点为2.577MHz,但也有59.46dB的共模抑制比。另外,在1MHz左右时,其共模抑制比实测达到了70.89dB,接近标称的76dB,可谓表现优异。


    相比之下,LT30451MHz时的共模抑制能力比LT1763高了整整50 dB


    对于LT3045如此优异的超低噪声表现,为智能终端和传感器领域提高了高质量的供电系统,促进人类发展探索更微弱信号的检测和发展。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • 刘桓呈

    LV.1

    2020-06-29 13:38

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    感谢黄工的细心讲解!受益匪浅!
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  • yy呦呦

    LV.1

    2020-06-29 13:40

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    测评很棒,学习到了很多知识
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  • 星球测评

    LV.1

    2020-06-29 13:40

    @刘桓呈

    感谢黄工的细心讲解!受益匪浅!
    黄工的讲解一向特别细致
    1

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  • 人生戏we

    LV.1

    2020-06-29 13:40

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    又一高大上测试产品
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  • yy呦呦

    LV.1

    2020-06-29 13:41

    @刘桓呈

    感谢黄工的细心讲解!受益匪浅!
    棒棒哒
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  • lihui710884923

    LV.1

    2020-06-29 13:41

    @

    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

    1

    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

    1

    具体还需等楼主的精彩测评,看到LT3045内部架构非常特殊,电流基准,对于输出电压和负载改变而纹波噪声基本不变,并且纹波非常低,都是nV级别,在相机和视频处理电路中,这个应用非常占优势的,还有对输入纹波的抑制能力也是非常给力的。

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  • 星球测评

    LV.1

    2020-06-29 13:42

    @yy呦呦

    棒棒哒
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  • 青龙出海

    LV.1

    2020-06-29 18:30

    @

    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。
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  • zxw1126

    LV.1

    2020-06-29 22:38

    @

    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。
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  • zdr665

    LV.1

    2020-06-30 13:44

    @

    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。

    0

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