1.前言

抗輻射低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 是許多航天級子系統(tǒng)的重要電源組件，包括現場可編程門陣列 (FPGA)、數據轉換器和模擬電路。LDO 有助于確保為性能取決于干凈輸入的組件提供穩(wěn)定、低噪聲和低紋波的電源。

但是，市場上有如此多的 LDO，我們如何為我們的子系統(tǒng)選擇合適的抗輻射器件？讓我們看看一些設計規(guī)范和設備功能，以幫助我們做出這個決定。

2.航天級 LDO 的壓差

LDO 的壓差是輸入和輸出電壓之間的電壓差，此時 LDO 停止調節(jié)輸出電壓。壓差規(guī)格越小，工作電壓差越小，能夠運行的電壓差越低，從而導致功耗和熱耗散更少，以及固有的更高的最大效率。這些好處在更高的電流下變得更加顯著，如公式 1 所示：

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

在抗輻射市場中，很難找到真正的低壓差穩(wěn)壓器，能夠在輻射、溫度和老化方面提供強大的性能。

TI 的抗輻射 LDO TPS7H1101A-SP就是一個例子，它在 3 A 時提供 210 mV 的典型壓差 (Vdo) – 目前是市場上最低的。如果您有可用的標準 5V、3.3V、2.5V 或 1.8V 電源軌，該 LDO 可以將輸出電壓調節(jié)低至 0.8V 以提供任何所需的電壓，以及一個或多個空間所需的電流級模數轉換器 (ADC) 或時鐘。

3.空間 LDO 的噪聲性能

隨著衛(wèi)星在太空中運行 10 年或更長時間，從機載集成電路中獲得最大性能有助于確保設計壽命。為了為高性能時鐘、數據轉換器、數字信號處理器或模擬組件提供干凈、低噪聲的電源軌，LDO 電路產生的內部噪聲需要最小化。

由于內部產生的 1/f 噪聲不容易過濾，因此應尋找具有固有低噪聲特性的 LDO。低頻噪聲通常是最大的，也是最難濾除的。TPS7H1101A-SP 提供最低的 1/f 噪聲水平之一，在 10 Hz 時峰值約為 1 μV/ √ Hz。有關頻率范圍內的 RMS 噪聲，請參見下面的圖 1。

圖 1：TPS7H1101A-SP 噪聲

4.空間 LDO 的 PSRR

電源抑制比 (PSRR) 衡量 LDO 清除或抑制來自上游其他組件的傳入噪聲的能力。對于高端 ADC，輸入電源噪聲要求不斷提高，以最大限度地減少誤碼。在較高頻率下，鑒于控制環(huán)路的特性，很難獲得高 PSRR。

通常，設計人員需要使用外部組件來過濾噪聲以達到可接受的有效 PSRR，這會增加解決方案的尺寸——這對于空間應用來說是一個明顯的問題，因為空間應用的尺寸和重量與衛(wèi)星發(fā)射成本直接相關。

PSRR 在上游電源的開關頻率下最為重要（因為在該頻率下存在電壓紋波）。此外，由于開關諧波，高于此頻率的 PSRR 很重要。如果您正在尋找良好的 PSRR，TPS7A4501-SP LDO 在 100 kHz 下提供超過 45 dB 的 PSRR。

5.其他重要的 LDO 特性

除了壓差、PSRR 和噪聲之外，讓我們看看幾個可以成為抗輻射 LDO 性能不可或缺的智能特性。

使能夠。在太空中，太陽能電池板只能提供一定數量的電力，許多功能需要從中運行。啟用功能允許您在任何給定時間指定 LDO 是打開還是關閉，并且證明對于整體節(jié)省功率預算至關重要。使能引腳對于上電排序也很重要，這在新一代 FPGA 中的需求越來越大。

慢啟動。電壓上升過快會導致電流過沖或過大的峰值浪涌電流，從而損壞 FPGA 或 ADC 等下游組件。軟啟動功能可調節(jié)啟動時輸出電壓上升的速度。軟啟動還通過防止上游電源產生過電流來防止出現不可接受的電壓下降。

輸出電壓精度。通常，賽靈思 KU060 等較新的航天級 FPGA 對每個電源軌都有嚴格的輸入電壓容差要求，以實現最佳性能。為了確保您的設計滿足輻射暴露和結束時的生活條件，看起來像設備嚴格的精度要求TPS7H1101A-SP，這是對KU060開發(fā)板。

尺寸。除了采用易于布局的小型封裝外，減小解決方案尺寸的其他方法包括限制 LDO 的外部組件數量；具有更多集成功能、更好的 PSRR 和噪聲規(guī)格；和更可靠的單事件效應下的輻射性能。TI 的TPS7A4501-SP是業(yè)界最小的抗輻射 LDO 之一，無論是在封裝尺寸、布局還是解決方案尺寸方面。

6.結論

有這么多選項可供選擇，選擇合適的 LDO 可能很困難?？紤]哪些功能和特性最重要。例如，如果我們的應用為高端 FPGA 或高速數據轉換器供電，則輸出電壓精度、參考精度、PSRR 和噪聲等特性可能是優(yōu)先考慮的因素。但是，如果我們正在設計低性能模擬電路或使用容差要求不那么嚴格的舊 FPGA，那么擁有尺寸最小、成本最低的解決方案，同時保留足夠好的功能可能是更好的選擇。