“安静”LDO 采用独特的架构来降低噪声并提升 PSRR
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Linear Technology 推出的 LT3042 低压差线性稳压器专为噪声敏感型应用的供电设计，该器件采用独特架构，能最大限度降低噪声影响并优化电源抑制比（PSRR）。要理解这款芯片的噪声性能，首先需回顾电源的噪声特性。
许多模拟电路都需要低噪声电源供电，以避免产生非预期的输出信号误差。电源产生的噪声大小取决于器件本身及其输出噪声带宽，噪声的频谱分布会随频率变化。因此，可通过对噪声功率密度开方得到噪声电压密度，单位为伏 / 根号赫兹（V/√Hz）；也可通过对目标频段内的所有噪声功率求和，得到积分输出噪声，单位为特定频段内的伏均方根（VRMS）。
除低噪声外，电源还需能抑制输入电源纹波 —— 这类纹波会影响相关信号的输出完整性。电源抑制比（PSRR） 也被称为电源纹波抑制比，用于表征电路抑制输入端注入纹波的能力。这些纹波来源多样，包括 50/60 赫兹的市电电源纹波、直流 - 直流转换器的开关纹波，以及与其他电路共用输入电源产生的纹波。
对于低压差稳压器而言，电源抑制比是指特定频率范围（通常为 10 赫兹至 1 兆赫兹）内，稳压输出电压纹波与输入电压纹波的比值，单位为分贝（dB）。当 LDO 为模拟电路供电时，电源抑制比是关键指标，低 PSRR 会导致输出纹波影响其他电路的正常工作。
LT3042 正是一款兼具降噪与高 PSRR 特性的 LDO，其简化原理框图如图 1 所示。
图1.LT3042的简化框图。单个电阻RSET用于设定输出电压。
核心架构与工作原理
与多数传统线性稳压器采用电压基准不同，LT3042 搭载电流基准，其典型噪声电流低至 20 皮安 / 根号赫兹（10 赫兹至 100 千赫兹带宽内的积分噪声电流为 6 纳安均方根）。
该电流源后级连接高性能轨到轨电压缓冲器，使器件可轻松实现并联工作，进一步降低噪声、提升输出电流，并分散电路板上的热量。多颗 LT3042 并联时，噪声可降低至单颗器件的 1/√N（N 为并联器件数量）。
LT3042 的核心工作引脚为SET 引脚，该引脚连接误差放大器的反相输入端，同时作为稳压设定点。SET 引脚会输出精准的 100 微安电流，该电流流经 SET 引脚与地之间的外接电阻，输出电压VSET = 设定电流（ISET）× 设定电阻（RSET），输出电压调节范围为 0 至 15 伏。误差放大器采用单位增益配置，在其同相输入端（OUTS 引脚，外部与 OUT 输出引脚相连）产生该电压的低阻抗版本。在 SET 引脚与地之间外接电容，可改善器件的噪声、电源抑制比和瞬态响应，仅会略微增加启动时间。
对于要求低 1/f 噪声（100 赫兹以下频段）的超低噪声应用，在 SET 引脚接 4.7 微法电容（推荐最大容值 22 微法），可将积分输出噪声降至 0.8 微伏均方根。通常情况下，外接大电容会显著增加稳压器的启动时间，而 LT3042 集成了快速启动电路，启动阶段会将 SET 引脚电流提升至约 2 毫安，有效解决了这一问题。
LT3042 消除了传统 LDO 中存在的多种噪声源。传统线性稳压器的主要噪声源为电压基准、误差放大器和用于设定输出电压的电阻分压网络 —— 分压网络在设定输出电压增益的同时，也会放大基准噪声。
与之相反，LT3042 的单位增益跟随器架构 使 SET 引脚到输出端无增益放大。因此，当 SET 引脚电阻被电容旁路时，输出噪声与编程输出电压无关，仅由误差放大器的噪声决定（SET 引脚接 4.7 微法电容时）。
这一架构还使 LT3042 的环路增益、频率响应和带宽均与输出电压无关，因此其噪声、电源抑制比和瞬态性能不会随输出电压变化。此外，误差放大器无需为将 SET 引脚电压放大至更高输出电压提供增益，器件的输出负载调整率精度高达数百微伏，而非传统线性稳压器那样以输出电压的固定百分比计量。
核心性能指标
基于上述架构设计，LT3042 具备以下核心性能：
10 千赫兹频段的点噪声低至 2 纳伏 / 根号赫兹；
图2.LT3042 在以下条件下的斑点（频谱密度）噪声：VIN = 5 V，ILOAD = 200 mA，RSET = 33.2 kW，CSET = 4.7 mF，COUT = 4.7 mF。
10 赫兹至 100 千赫兹频段的积分输出噪声为 0.8 微伏均方根；
图3.LT3042 集成输出噪声（RMS），范围从10 Hz到100 kHz。
低频段（最高 10 千赫兹）电源抑制比＞90 分贝；
图4.LT3042在与图2相同参数下的频率响应。
高频段（最高 3 兆赫兹）电源抑制比＞75 分贝；
典型压差 350 毫伏时，输出电流可达 200 毫安。
本文还通过表格对比了 LT3042 与传统 LDO 器件 LT1962 的核心特性。
稳定性设计要求
LT3042 需外接输出电容以保证工作稳定性，其高带宽（约 1 兆赫兹）特性要求搭配低等效串联电阻（ESR）和低等效串联电感（ESL） 的陶瓷电容。器件稳定工作的最低要求为：4.7 微法输出电容，ESR＜50 毫欧，ESL＜2 纳亨。
为最大限度降低电路板电感对 LT3042 动态性能的影响，需采用开尔文连接：将 OUTS 引脚直接连接至输出电容，同时将 SET 引脚电容（CSET）的接地端直接连接至输出电容的接地端。此外，输入电容的接地端应尽量靠近输出电容的接地端。
单颗 4.7 微法的陶瓷输出电容已能满足器件性能要求，增大输出电容容值对性能的提升效果微乎其微 —— 因为稳压器的带宽会随输出电容容值增大而降低，因此无需使用超过 4.7 微法的输出电容。但更大容值的输出电容可减小负载瞬态过程中的输出电压峰值偏差。
特色功能
电源正常指示（Power Good）
与传统 LDO 不同，LT3042 配备了类似开关电源的电源正常（PG）输出引脚。当电源正常反馈引脚（PGFB）的上升沿电压超过 300 毫伏时，PG 引脚输出高电平；其下降沿带有 7 毫伏的迟滞电压。通过在输出端（OUT）、PGFB 引脚与地之间外接电阻分压网络，可编程设定电源正常的阈值电压。该分压网络同时还会激活器件的快速启动电路，当输出电压低于 300 毫伏时，可编程电源正常功能和快速启动功能将被禁用。
若需要输入反向保护，可将 1N4148 二极管的阳极接输入电压（VIN）、阴极接 PGFB 引脚。正常工作或故障状态下，PGFB 引脚的电压不得低于地电位 0.3 伏。
使能 / 欠压锁定（EN/UV）
将EN/UV 引脚 拉低，可实现 LT3042 的关断功能：器件正常工作时的静态电流典型值为 2 毫安，关断后静态电流可降至＜1 微安，且输出电压被关断。
此外，通过在输入端（IN）、EN/UV 引脚与地之间外接电阻分压网络，可设定输入电源的欠压锁定（UVLO）阈值。EN/UV 引脚上升沿电压超过 1.24 伏时，器件典型工作模式启动；其下降沿带有 170 毫伏的迟滞电压。该引脚的输入电压可高于器件的输入电压，且不影响正常功能。
可编程限流
LT3042 的限流（ILIM）引脚 限流阈值为 300 毫伏，在该引脚与地之间外接电阻，可设定 ILIM 引脚的最大输出电流，进而编程器件的限流值。ILIM 引脚输出的电流与器件输出电流成 1:400 的比例，因此该引脚也可作为电流监测引脚，监测电压范围为 0 至 300 毫伏。为保证监测精度，该外接电阻需采用开尔文连接方式接至 LT3042 的接地引脚。
当输入与输出的电压差超过 12 伏时，LT3042 的折返限流电路 会降低内部限流值，此时内部限流机制将覆盖外部编程的限流值，确保器件工作在安全工作区（SOA）内。
全面的保护特性
除上述功能外，LT3042 还集成了以下全方位的保护机制：
短路保护
安全工作区保护
反接电池保护
反向电流保护
带迟滞的热关断保护
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