Linear Technology 推出的 LT3042 低壓差線性穩壓器專為噪聲敏感型應用的供電設計，該器件采用獨特架構，能最大限度降低噪聲影響并優化電源抑制比（PSRR）。要理解這款芯片的噪聲性能，首先需回顧電源的噪聲特性。

許多模擬電路都需要低噪聲電源供電，以避免產生非預期的輸出信號誤差。電源產生的噪聲大小取決于器件本身及其輸出噪聲帶寬，噪聲的頻譜分布會隨頻率變化。因此，可通過對噪聲功率密度開方得到噪聲電壓密度，單位為伏 / 根號赫茲（V/√Hz）；也可通過對目標頻段內的所有噪聲功率求和，得到積分輸出噪聲，單位為特定頻段內的伏均方根（VRMS）。

除低噪聲外，電源還需能抑制輸入電源紋波 —— 這類紋波會影響相關信號的輸出完整性。電源抑制比（PSRR） 也被稱為電源紋波抑制比，用于表征電路抑制輸入端注入紋波的能力。這些紋波來源多樣，包括 50/60 赫茲的市電電源紋波、直流 - 直流轉換器的開關紋波，以及與其他電路共用輸入電源產生的紋波。

對于低壓差穩壓器而言，電源抑制比是指特定頻率范圍（通常為 10 赫茲至 1 兆赫茲）內，穩壓輸出電壓紋波與輸入電壓紋波的比值，單位為分貝（dB）。當 LDO 為模擬電路供電時，電源抑制比是關鍵指標，低 PSRR 會導致輸出紋波影響其他電路的正常工作。

LT3042 正是一款兼具降噪與高 PSRR 特性的 LDO，其簡化原理框圖如圖 1 所示。

圖1.LT3042的簡化框圖。單個電阻RSET用于設定輸出電壓。

核心架構與工作原理

與多數傳統線性穩壓器采用電壓基準不同，LT3042 搭載電流基準，其典型噪聲電流低至 20 皮安 / 根號赫茲（10 赫茲至 100 千赫茲帶寬內的積分噪聲電流為 6 納安均方根）。

該電流源后級連接高性能軌到軌電壓緩沖器，使器件可輕松實現并聯工作，進一步降低噪聲、提升輸出電流，并分散電路板上的熱量。多顆 LT3042 并聯時，噪聲可降低至單顆器件的 1/√N（N 為并聯器件數量）。

LT3042 的核心工作引腳為SET 引腳，該引腳連接誤差放大器的反相輸入端，同時作為穩壓設定點。SET 引腳會輸出精準的 100 微安電流，該電流流經 SET 引腳與地之間的外接電阻，輸出電壓VSET = 設定電流（I_SET）× 設定電阻（R_SET），輸出電壓調節范圍為 0 至 15 伏。誤差放大器采用單位增益配置，在其同相輸入端（OUTS 引腳，外部與 OUT 輸出引腳相連）產生該電壓的低阻抗版本。在 SET 引腳與地之間外接電容，可改善器件的噪聲、電源抑制比和瞬態響應，僅會略微增加啟動時間。

對于要求低 1/f 噪聲（100 赫茲以下頻段）的超低噪聲應用，在 SET 引腳接 4.7 微法電容（推薦最大容值 22 微法），可將積分輸出噪聲降至 0.8 微伏均方根。通常情況下，外接大電容會顯著增加穩壓器的啟動時間，而 LT3042 集成了快速啟動電路，啟動階段會將 SET 引腳電流提升至約 2 毫安，有效解決了這一問題。

LT3042 消除了傳統 LDO 中存在的多種噪聲源。傳統線性穩壓器的主要噪聲源為電壓基準、誤差放大器和用于設定輸出電壓的電阻分壓網絡 —— 分壓網絡在設定輸出電壓增益的同時，也會放大基準噪聲。

與之相反，LT3042 的單位增益跟隨器架構 使 SET 引腳到輸出端無增益放大。因此，當 SET 引腳電阻被電容旁路時，輸出噪聲與編程輸出電壓無關，僅由誤差放大器的噪聲決定（SET 引腳接 4.7 微法電容時）。

這一架構還使 LT3042 的環路增益、頻率響應和帶寬均與輸出電壓無關，因此其噪聲、電源抑制比和瞬態性能不會隨輸出電壓變化。此外，誤差放大器無需為將 SET 引腳電壓放大至更高輸出電壓提供增益，器件的輸出負載調整率精度高達數百微伏，而非傳統線性穩壓器那樣以輸出電壓的固定百分比計量。

核心性能指標

基于上述架構設計，LT3042 具備以下核心性能：

• 10 千赫茲頻段的點噪聲低至 2 納伏 / 根號赫茲；

圖2.LT3042 在以下條件下的斑點（頻譜密度）噪聲：V_IN = 5 V，I_LOAD = 200 mA，R_SET = 33.2 kW，C_SET = 4.7 mF，C_OUT = 4.7 mF。

• 10 赫茲至 100 千赫茲頻段的積分輸出噪聲為 0.8 微伏均方根；

圖3.LT3042 集成輸出噪聲（RMS），范圍從10 Hz到100 kHz。

• 低頻段（最高 10 千赫茲）電源抑制比＞90 分貝；

圖4.LT3042在與圖2相同參數下的頻率響應。

• 高頻段（最高 3 兆赫茲）電源抑制比＞75 分貝；

• 典型壓差 350 毫伏時，輸出電流可達 200 毫安。

本文還通過表格對比了 LT3042 與傳統 LDO 器件 LT1962 的核心特性。

穩定性設計要求

LT3042 需外接輸出電容以保證工作穩定性，其高帶寬（約 1 兆赫茲）特性要求搭配低等效串聯電阻（ESR）和低等效串聯電感（ESL） 的陶瓷電容。器件穩定工作的最低要求為：4.7 微法輸出電容，ESR＜50 毫歐，ESL＜2 納亨。

為最大限度降低電路板電感對 LT3042 動態性能的影響，需采用開爾文連接：將 OUTS 引腳直接連接至輸出電容，同時將 SET 引腳電容（CSET）的接地端直接連接至輸出電容的接地端。此外，輸入電容的接地端應盡量靠近輸出電容的接地端。

單顆 4.7 微法的陶瓷輸出電容已能滿足器件性能要求，增大輸出電容容值對性能的提升效果微乎其微 —— 因為穩壓器的帶寬會隨輸出電容容值增大而降低，因此無需使用超過 4.7 微法的輸出電容。但更大容值的輸出電容可減小負載瞬態過程中的輸出電壓峰值偏差。

特色功能

• 電源正常指示（Power Good）

與傳統 LDO 不同，LT3042 配備了類似開關電源的電源正常（PG）輸出引腳。當電源正常反饋引腳（PGFB）的上升沿電壓超過 300 毫伏時，PG 引腳輸出高電平；其下降沿帶有 7 毫伏的遲滯電壓。通過在輸出端（OUT）、PGFB 引腳與地之間外接電阻分壓網絡，可編程設定電源正常的閾值電壓。該分壓網絡同時還會激活器件的快速啟動電路，當輸出電壓低于 300 毫伏時，可編程電源正常功能和快速啟動功能將被禁用。

若需要輸入反向保護，可將 1N4148 二極管的陽極接輸入電壓（VIN）、陰極接 PGFB 引腳。正常工作或故障狀態下，PGFB 引腳的電壓不得低于地電位 0.3 伏。

• 使能 / 欠壓鎖定（EN/UV）

將EN/UV 引腳 拉低，可實現 LT3042 的關斷功能：器件正常工作時的靜態電流典型值為 2 毫安，關斷后靜態電流可降至＜1 微安，且輸出電壓被關斷。

此外，通過在輸入端（IN）、EN/UV 引腳與地之間外接電阻分壓網絡，可設定輸入電源的欠壓鎖定（UVLO）閾值。EN/UV 引腳上升沿電壓超過 1.24 伏時，器件典型工作模式啟動；其下降沿帶有 170 毫伏的遲滯電壓。該引腳的輸入電壓可高于器件的輸入電壓，且不影響正常功能。

• 可編程限流

LT3042 的限流（ILIM）引腳 限流閾值為 300 毫伏，在該引腳與地之間外接電阻，可設定 ILIM 引腳的最大輸出電流，進而編程器件的限流值。ILIM 引腳輸出的電流與器件輸出電流成 1:400 的比例，因此該引腳也可作為電流監測引腳，監測電壓范圍為 0 至 300 毫伏。為保證監測精度，該外接電阻需采用開爾文連接方式接至 LT3042 的接地引腳。

當輸入與輸出的電壓差超過 12 伏時，LT3042 的折返限流電路 會降低內部限流值，此時內部限流機制將覆蓋外部編程的限流值，確保器件工作在安全工作區（SOA）內。

全面的保護特性

除上述功能外，LT3042 還集成了以下全方位的保護機制：

• 短路保護

• 安全工作區保護

• 反接電池保護

• 反向電流保護

• 帶遲滯的熱關斷保護