深入解析ADP7183：低噪声、高PSRR的LDO线性稳压器

在电子设计领域，电源管理芯片的性能直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。今天，我们就来深入探讨一款深受工程师青睐的低噪声、高PSRR（电源抑制比）的LDO线性稳压器——ADP7183。

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一、产品概述

ADP7183是一款CMOS低 dropout（LDO）线性稳压器，其输入电压范围为 -2.0 V至 -5.5 V，能够提供高达 -300 mA的输出电流。它专为高性能模拟和混合信号电路设计，可实现 -0.5 V至 -4.5 V的稳定输出，非常适合对噪声敏感的应用，如ADC、DAC和精密放大器等。

二、关键特性

2.1 电压与电流特性

• 输入电压范围：-2.0 V至 -5.5 V，适应多种电源环境。
• 最大输出电流：-300 mA，满足大多数中小功率负载的需求。
• 固定输出电压选项：提供 -0.5 V至 -4.5 V的多种固定输出电压选择，同时还有可调节版本，输出电压范围为 -0.5 V至 -VIN + 0.5 V。

2.2 噪声与PSRR特性

• 低输出噪声：在100 Hz至100 kHz范围内，输出噪声仅为4 μV rms，有效减少了对敏感电路的干扰。
• 噪声频谱密度：在10 kHz至1 MHz范围内，噪声频谱密度为20 nV/√Hz，保证了在高频段的低噪声性能。
• 高PSRR：在 -300 mA负载下，10 kHz时PSRR典型值为75 dB，100 kHz时为62 dB，1 MHz时为40 dB，能够有效抑制电源纹波。

2.3 其他特性

• 低dropout电压：在Iout = -300 mA时，典型值为 -130 mV，降低了功耗。
• 高精度输出：初始输出电压精度在Iout = -10 mA时为 ±0.5%，在全负载、全温度范围内输出电压精度为 ±2.6%。
• 低静态电流：无负载时，典型工作电源电流为 -0.6 mA，关机电流典型值为 -2 μA（VIN = -5.5 V）。
• 稳定性好：搭配4.7 μF陶瓷输入和输出电容即可稳定工作。
• 灵活的使能逻辑：支持正或负使能逻辑，方便与不同的控制信号接口。
• 保护功能：具备电流限制和热过载保护，提高了系统的可靠性。

三、典型应用电路

ADP7183提供了固定输出电压和可调输出电压两种典型应用电路。

3.1 固定输出电压电路

以 (V{OUT }=-3.3 ~V) 为例，输入电压 (V{IN }=-3.8 ~V)，通过4.7 μF的输入和输出电容，以及10 nF的反馈电容，实现稳定的 -3.3 V输出。

3.2 可调输出电压电路

对于可调版本，通过外部反馈分压器可以设置输出电压。例如，当 (V_{OUT }=-2.5 ~V) 时，使用100 kΩ和24.9 kΩ的电阻组成反馈分压器。

四、工作原理

4.1 内部结构

ADP7183内部由调节器模块、参考模块、 (G{M}) 放大器、反馈分压器、LDO调节器和N沟道MOSFET传输晶体管组成。调节器模块产生 -1.8 V的内部电压轨 (V{REG})，为后续模块供电； (G{M}) 放大器产生参考电压 (V{A})，作为LDO调节器的参考。

4.2 调节过程

当负载电流变化时，LDO调节器通过调节NMOS晶体管的栅极电压来控制输出电流。如果负载电流增大，LDO调节器将NMOS晶体管的栅极电压拉向GND，允许更多电流通过；如果负载电流减小，LDO调节器将栅极电压拉向 -VIN，限制电流通过。

4.3 可调模式

可调模式下，通过外部电压分压器可以设置输出电压，计算公式为 (V_{OUT }=-0.5 V(1+R 1 / R 2))。为了最大化PSRR性能，R2至少应为10 kΩ。

五、电容选择

5.1 输出电容

ADP7183可使用小型陶瓷电容，建议输出电容最小为4.7 μF，ESR不超过0.05 Ω，以确保LDO调节器控制环路的稳定性。较大的输出电容可以改善负载电流变化时的瞬态响应。

5.2 输入旁路电容

连接4.7 μF或更大的电容从VIN到GND，可以降低电路对PCB布局的敏感性，特别是在遇到长输入走线或高源阻抗时。如果需要更大的输出电容，应相应增加输入电容。

5.3 (C{A}) 和 (C{AFB}) 电容

为了确保 (G{M}) 放大器的稳定性，需要 (C{A}) 电容来产生主极点，并作为LDO误差放大器输入的阻尼电容，提高PSRR。同时， (C{AFB}) 电容连接在VA和VAFB引脚之间，可使 (G{M}) 放大器的交流增益保持为1，从而最小化输出电压噪声。

六、保护功能

6.1 欠压锁定（UVLO）

UVLO电路可保护系统免受电源欠压影响。当VIN上的输入电压高于 -1.58 V的UVLO下降阈值时，LDO输出关闭；当VIN电压低于 -1.77 V的UVLO上升阈值时，LDO重新启用。90 mV的典型滞后可防止因VIN噪声导致的振荡。

6.2 电流限制和热过载保护

ADP7183具备电流限制和热过载保护电路，可防止因过度功耗而损坏。当输出负载达到 -600 mA（典型值）时，输出电压会降低以维持恒定的电流限制。热过载保护可将结温限制在150°C（典型值），当结温超过该阈值时，输出关闭；当结温降至135°C（典型值）以下时，输出重新开启。

七、热管理

在低输入 - 输出电压差的应用中，ADP7183的散热较少。但在高温环境或高输入电压的应用中，需要注意散热问题，以确保结温不超过125°C。可以通过以下公式计算结温： [T{J}=T{A}+left(left(V{I N}-V{OUT }right) × I{LOAD}right) × theta{I A}] 其中， (T{A}) 是环境温度， (V{IN}) 和 (V{OUT}) 分别是输入和输出电压， (I{LOAD}) 是负载电流， (theta_{IA}) 是结到环境的热阻。

八、PCB布局考虑

• 输入电容 (C{IN}) 应尽可能靠近VIN和GND引脚，输出电容 (C{OUT}) 应尽可能靠近VOUT和GND引脚。
• 旁路电容 (C{A}) 和 (C{REG}) 应靠近相应的引脚（VA和VREG）和GND。
• 使用0805或0603尺寸的电容和电阻，以实现最小的PCB面积。
• 暴露焊盘应连接到VIN，以增强散热性能。

九、总结

ADP7183以其低噪声、高PSRR、高精度和丰富的保护功能，成为了电源管理领域的一款优秀产品。在设计对噪声敏感的电路时，ADP7183能够提供稳定可靠的电源输出。同时，合理的电容选择和PCB布局对于发挥其性能至关重要。希望通过本文的介绍，能帮助工程师更好地了解和应用ADP7183。你在使用ADP7183的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。