Qu'est-ce qui caractérise un régulateur de tension à faible bruit ?

Vos CI ont besoin d'une alimentation DC stable pour fonctionner correctement, et un faible bruit est une exigence standard pour tout régulateur DC. Dans certains cas, vous pourriez vous inquiéter d'un surplus de quelques dB de régulation de charge tant que le bruit peut être filtré, mais les applications nécessitant une synchronisation ultra-précise et des composants avec des gammes de tension d'entrée très étroites ont besoin d'une tension DC très stable avec un faible contenu de bruit. Alors, comment pouvez-vous qualifier les limites exactes du faible bruit, et quels types de régulateurs sont les meilleurs pour ces applications ?

Si vous n'avez jamais examiné les spécifications des régulateurs de tension, vous devrez probablement vous fier au jargon marketing pour trouver un régulateur de tension à faible bruit pour votre prochain système. Cependant, le régulateur lui-même n'est pas toute l'histoire, et d'autres composants et stratégies de disposition sont nécessaires pour assurer qu'un régulateur fournisse une sortie DC stable à faible bruit. Voici ce que vous devez savoir sur les différents types de régulateurs à faible bruit et comment sélectionner le meilleur composant pour vos besoins.

Fondamentaux des régulateurs de tension à faible bruit

Un régulateur de tension à faible bruit peut techniquement être construit à partir de n'importe quelle topologie ; comment réduire suffisamment le bruit pour une utilisation pratique est une autre question à traiter par le concepteur du composant ou du circuit. Le régulateur que vous choisissez aura de nombreuses spécifications importantes, mais les trois suivantes vous diront essentiellement tout ce que vous devez savoir sur la gestion du bruit par un régulateur (à la fois généré en interne et externe).

• Rapport de rejet de l'alimentation (PSRR). En bref, cette spécification vous indique combien de bruit conduit (en dB) provenant de l'alimentation en amont est rejeté par le régulateur. L'amplificateur d'erreur dans un LDO assure un PSRR élevé (similaire à un convertisseur à découpage), bien qu'ils soient inefficaces si une forte réduction est requise.

• Régulation de sortie. Cela peut être mesuré en dB par rapport à une valeur nominale ou en pourcentage. Les régulateurs véritablement à faible bruit devraient avoir une valeur de régulation de sortie très faible ; les meilleurs composants auront des notes de régulation inférieures à 1%. Cette spécification peut également être définie en termes de sortie RMS comme une fraction de la tension de sortie nominale.

• Densité de puissance de bruit. Cela montre la quantité de bruit que vous pouvez vous attendre à voir sur une plage de fréquences arbitraire. La plage pertinente peut être prise de DC jusqu'à une très haute fréquence (100 kHz à 1 MHz), ou jusqu'à la fréquence de commutation pour un régulateur à découpage.

Les trois quantités énumérées ci-dessus dépendent de la fréquence. Notez que la densité de puissance de bruit englobe toutes les sources de bruit générées en interne, y compris tout bruit de commutation interne. Ces trois spécifications doivent être considérées ensemble lors de la sélection d'un régulateur de tension à faible bruit. Par exemple, une faible régulation de sortie et une densité de puissance de bruit sont insignifiantes si l'entrée a un PSRR de 0 dB. De même, le PSRR n'a pas d'importance si la valeur de régulation de sortie est très élevée.

Construire un régulateur à partir de composants discrets

D'autres circuits de support sur la sortie d'un régulateur de tension ou à l'intérieur d'un circuit intégré de régulateur peuvent aider à réduire davantage le bruit sur la sortie du régulateur. Par exemple, si vous construisez votre propre régulateur linéaire à partir de composants discrets, l'utilisation d'un multiplicateur de capacité est une méthode simple mais efficace pour diminuer le bruit ; cette topologie est souvent utilisée dans les régulateurs audio ou RF basse fréquence sans nécessiter de composants exotiques. Un autre exemple est un régulateur actif, qui fournit une réduction de bruit théoriquement parfaite.

Si vous souhaitez obtenir une réduction de bruit encore plus importante, vous avez besoin d'un filtrage supplémentaire sur l'entrée/sortie, ou vous devez utiliser une solution intégrée hautement conçue. Vous devriez également considérer comment la filtration sur la sortie et votre fréquence de commutation influencent le contenu en bruit de votre régulateur.

Le rôle de la fréquence de commutation et de la filtration

Si vous recherchez un convertisseur à découpage, vous ajouterez un peu de bruit supplémentaire sur la sortie du régulateur. En essence, un régulateur à découpage transforme le ripple basse fréquence d'une source AC en bruit haute fréquence, qui est réparti sur la bande passante du signal PWM. Cela devrait illustrer la raison pour laquelle de nombreux composants de régulateur de tension à faible bruit sont des LDOs ; ils n'ont pas de bruit de commutation. Regardez cet article pour en savoir plus sur la conception de convertisseur à découpage et comment choisir la meilleure fréquence pour votre convertisseur.

Exemple de spectre de bruit produit par un convertisseur buck fonctionnant en deux modes comparé aux limites CISPR. [Source]

Enfin, si vous avez besoin d'un contenu en bruit très faible de votre régulateur, un filtre passe-bas d'ordre supérieur peut être utilisé pour éliminer une partie du contenu en bruit du dispositif. Ces filtres peuvent être conçus à partir de composants passifs, bien que vous deviez faire attention à votre agencement lorsque vous travaillez avec un régulateur à découpage à courant élevé ; l'action de commutation génère un champ magnétique élevé qui peut induire un courant sur la sortie du filtre qui se propage ensuite en aval vers d'autres composants.

Deux exemples de régulateurs de tension à faible bruit

STMicroelectronics, LD56100

Pour les applications à basse tension et courant modéré, la série LD56100 de STMicroelectronics est un LDO à faible bruit fournissant jusqu'à 5,5 V en sortie avec un courant de 1 A. Il offre une très faible tension de chute de 120 mV avec une sortie stabilisée utilisant un condensateur céramique intégré. Le PSRR est évalué à 70 dB (fréquence de 1 kHz) avec un bruit de 0,13 mV RMS à la sortie de 3 V.

Schéma de bloc pour le régulateur LDO à faible bruit LD56100. Source : fiche technique LD56100.

Dispositifs analogiques LTC7151S

Un exemple de régulateur de tension à faible coût et à faible bruit est le LTC7151S d'Analog Devices. Ce régulateur à faible bruit en montage en surface offre une fréquence de commutation ajustable contrôlée par l'utilisateur de 400 kHz à 3 MHz avec un pilote PWM intégré, ce qui en fait un excellent choix pour les systèmes nécessitant un convertisseur de commutation de haute puissance avec de faibles pertes. La plage d'entrée s'étend jusqu'à 20 V, et la sortie jusqu'à 5,5 V avec 15 A délivrés à une charge. Deux modes de régulation d'alimentation sont proposés, tous deux maintenant la régulation de charge de sortie en dessous de 0,25 % sur toute la plage de courant de sortie.

Circuit d'application du régulateur de tension à faible bruit LTC7151S. Source : Fiche technique du LTC7151S.

Autres composants pour les systèmes d'alimentation

Un régulateur de tension à faible bruit ne parvient pas à réduire le bruit par lui-même, et votre section de régulation nécessitera d'autres composants pour fournir la sortie de puissance et le plancher de bruit souhaités. Pour une régulation très précise dans les systèmes de haute puissance, maintenir la stabilité et assurer simultanément un faible bruit est un défi majeur, nécessitant une gamme d'autres composants de gestion de l'énergie. Voici quelques autres composants dont vous pourriez avoir besoin pour votre produit :

• Inducteurs en montage en surface

• Condensateurs haute tension

• Amplificateurs de mesure de courant pour les systèmes de haute puissance

• Diodes TVS pour la protection contre les surtensions

• Bobines d'arrêt en mode commun pour la suppression des EMI conduites en entrée

Lorsque vous recherchez un régulateur de tension à faible bruit et d'autres composants pour votre nouveau système, vous pouvez trouver tous les composants dont vous avez besoin avec les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données actuelles de prix des distributeurs, aux inventaires de pièces, et aux spécifications des pièces, et tout est librement accessible dans une interface conviviale. Consultez notre page de composants PMIC pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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