防輻射低壓降穩(wěn)壓器（LDO）是許多空間級(jí)子系統(tǒng)的重要電源組件，包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA），數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和模擬電路。LDO有助于確保其性能取決于干凈輸入的組件的穩(wěn)定，低噪聲和低紋波供電。

 

但是，由于市場(chǎng)上有如此眾多的LDO，您如何為子系統(tǒng)選擇正確的輻射硬化設(shè)備？讓我們看一些設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)備功能，以幫助您做出此決定。

 

空間級(jí)LDO的壓差電壓

 

LDO的壓差是輸入和輸出電壓之間的電壓差，此時(shí)LDO停止調(diào)節(jié)輸出電壓。壓差電壓規(guī)格越小，可以使用的工作電壓差就越低，從而導(dǎo)致更少的功率和熱耗散以及本質(zhì)上更高的最大效率。如公式1所示，這些好處在更高的電流下變得更加顯著：

 

LDO功耗=（V IN -V OUT）xI OUT                  （1）

 

在經(jīng)過(guò)防輻射處理的市場(chǎng)中，很難找到真正的低壓差穩(wěn)壓器，它們?cè)谳椛?，溫度和老化方面均具有出色的性能。TI的輻射硬化LDO TPS7H1101A-SP就是一個(gè)例子，在3 A時(shí)提供210 mV的典型壓降（Vdo）–目前，這是市場(chǎng)上最低的。如果您有可用的5V，3.3V，2.5V或1.8V標(biāo)準(zhǔn)電源軌，則此LDO可以將輸出電壓調(diào)節(jié)至低至0.8V，以提供任何所需的電壓以及一個(gè)或多個(gè)空間所需的電流級(jí)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或時(shí)鐘。

 

空間LDO的噪聲性能

 

隨著衛(wèi)星在太空中使用10年或更長(zhǎng)時(shí)間，利用機(jī)載集成電路發(fā)揮出最佳性能有助于確保設(shè)計(jì)壽命。為了為高性能時(shí)鐘，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器或模擬組件提供干凈的低噪聲軌，LDO電路產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲必須降至最低。由于不容易過(guò)濾內(nèi)部產(chǎn)生的1 / f噪聲，因此請(qǐng)尋找具有固有低噪聲特性的LDO。低頻噪聲通常是最大的，并且最難以濾除。所述TPS7H1101A-SP提供了最低的1 / f噪聲電平之一，約有1μV/峰值√以10Hz赫茲。關(guān)于整個(gè)頻率的RMS噪聲，請(qǐng)參見(jiàn)下面的圖1。

空間LDO的PSRR

 

電源抑制比（PSRR）衡量LDO清除或抑制來(lái)自上游其他組件的噪聲的能力。對(duì)于高端ADC，輸入電源噪聲要求繼續(xù)趨于嚴(yán)格，以最大程度地降低誤碼率。在較高的頻率下，鑒于控制環(huán)路的特性，很難獲得較高的PSRR。通常，設(shè)計(jì)人員需要使用外部組件來(lái)過(guò)濾噪聲，以達(dá)到可接受的有效PSRR，這會(huì)增加解決方案的尺寸-對(duì)于太空應(yīng)用而言，這是一個(gè)明顯的問(wèn)題，因?yàn)樘諔?yīng)用的尺寸和重量直接與衛(wèi)星發(fā)射成本相關(guān)。PSRR在上游電源的開(kāi)關(guān)頻率上最為重要（因?yàn)榇祟l率上存在電壓紋波）。另外，由于開(kāi)關(guān)諧波，在該頻率以上，PSRR非常重要。如果您正在尋找良好的PSRR，TPS7A4501-SP LDO在100 kHz時(shí)提供超過(guò)45 dB的PSRR。

 

其他重要的LDO功能

 

除了壓差，PSRR和噪聲之外，讓我們看一下可以與防輻射LDO的性能集成在一起的幾個(gè)智能功能。

 

●使能夠。在太空中，太陽(yáng)能板只能提供一定量的電力，許多功能都需要從中運(yùn)行。通過(guò)啟用功能，您可以指定在任何給定時(shí)間應(yīng)打開(kāi)還是關(guān)閉LDO，并證明對(duì)于節(jié)省電源預(yù)算的總體成本至關(guān)重要。使能引腳對(duì)于上電排序也很重要，這在新一代FPGA中的需求越來(lái)越大。

 

●慢啟動(dòng)。電壓上升太快會(huì)導(dǎo)致電流過(guò)沖或過(guò)大的峰值浪涌電流，從而損壞下游組件，如FPGA或ADC。軟啟動(dòng)功能可調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)輸出電壓的上升速度。軟啟動(dòng)還通過(guò)防止上游電源汲取過(guò)電流來(lái)防止電壓下降，這是不可接受的。

 

●輸出電壓精度。通常，諸如Xilinx KU060之類(lèi)的新型空間級(jí)FPGA在每個(gè)電源軌上都具有嚴(yán)格的輸入電壓容限要求，以實(shí)現(xiàn)其最佳性能。為了確保您的設(shè)計(jì)滿足輻射暴露和結(jié)束時(shí)的生活條件，看起來(lái)像設(shè)備嚴(yán)格的精度要求TPS7H1101A-SP，這是對(duì)KU060開(kāi)發(fā)板。

 

●大小。除了采用小型，易于布局的封裝外，其他減小解決方案尺寸的方法還包括限制LDO的外部組件數(shù)量；具有更多的集成功能，更好的PSRR和噪聲規(guī)范；在單事件效應(yīng)下具有更可靠的輻射性能。無(wú)論是封裝尺寸，布局還是解決方案尺寸，TI的TPS7A4501-SP都是業(yè)界最小的輻射硬化LDO之一。

 

結(jié)論

 

有這么多的可用選項(xiàng)，可能很難選擇正確的LDO。考慮哪些功能最重要。例如，如果您的應(yīng)用程序?yàn)楦叨薋PGA或高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器供電，則輸出電壓精度，參考精度，PSRR和噪聲等功能可能是優(yōu)先考慮的事情。但是，如果您正在設(shè)計(jì)性能低下的模擬電路或使用對(duì)容忍度要求不是那么嚴(yán)格的較舊的FPGA，則擁有最小尺寸，最低成本的解決方案同時(shí)保留足夠的性能可能是更好的選擇。

（來(lái)源：TI，作者：Sree Alvarado）