低压差(LDO)稳压器与ADC电源接口

 考虑到目前可用ADC的采样速度以及典型ADC内部的众多不同电压和时钟域，一般建议把不同电源输入分开。 让不同电源输入分属不同的域，电源之间的串扰便可降至最低，噪声将更难以跨越不同的域，避免蠕升并造成ADC性能问题。 如果无法将其放在不同的域上，至少应使用铁氧体磁珠等元件，在不同电源域之间提供一定的隔离。 分别驱动不同电源输入的一种方法是使用低压差(LDO)稳压器。 实例如下面的图1所示。

Figure 1

图1

用不同的LDO驱动不同的ADC电源

LDO通常是最安全的电源类型，驱动ADC电源输入的风险也最小。 一般而言，LDO的噪声非常低，电源抑制比(PSRR)则很高。 低压差通常意味着，LDO的输入电源可以低到仅比LDO的输出电压高出数百毫伏。 例如，ADP1741 2A LDO的裕量小至400 mV(Vin必须比Vout高出400 mV)。 对于典型ADC的1.8 V供电轨，这意味着LDO的效率约为Vout/Vin = 1.8/2.2 = 81.8%。

这在任何意义上说都不是低效率，但大家会发现，可以使用更高效率的器件来驱动ADC电源输入。 然而，这些器件的高效率不是凭空获得的。 刚才说过，LDO的两个主要优势是低噪声和高PSRR。 其它器件通常是用噪声来换取效率。

对于ADP1741，输出电压为2.5 V时，10 Hz到100 kHz范围的输出噪声典型值为65 µVrms。 下面通过一个例子说明这种噪声贡献的影响。 一个14位250 MSPS ADC的满量程输入为2.0 Vpp，SNR为70 dB，噪底为20 nVrms/rt-Hz。 在第一奈奎斯特区，ADC噪声将是223.61 µVrms (20 nVrms/rt-Hz * sqrt(250 MHz/2))。 这种情况下，ADP1741输出噪声远低于ADC噪声。 此外，ADC的PSRR(典型值为60 dB)会将ADP1741噪声从65 µVrms进一步降低至65 nVrms (65 µVrms X 1 mV/V)。 这样便很容易明白为什么LDO是驱动电源输入的出色选择。 它对ADC噪声几乎无影响。

但是，这是有代价的。 使用LDO的一个明显缺点是其潜在的功耗。 例如，假设上例中的14位ADC是一个四通道器件，总功耗为2 W，其中1 W是AVDD电源所需。 本例中，LDO的输入电源受到限制，我们只有6 V输入可用来驱动1.8V AVDD电源。 这意味着，ADP1741将需要消耗大约(6 V – 1.8 V)/1800 mA = 2.33 W的功率。 ADP1741的最高结温(Tj)将被推高至TA + Pd X Θja = 85°C + (2.33 W X 42°C/W) = 183°C，超过LDO的150°C最大额定值。

当然，这是一个极端例子，但它说明了需要为LDO提供低输入电压的重要性。 这可能导致需要使用多个LDO来将电压从较高输入供电轨降低至ADC所需的较低输入供电轨。