高性能处理器中的 ADI 大电流 LDO

高性能处理器 (例如最新的 FPGA) 对电源电压有非常严格的要求，很多人可能很难找到一款能够满足 FPGA 电压精度要求的大电流 LDO。本文将介绍 ADI 大电流 LDO 产品阵容，其中包括业界领先的能够输出 5A 电流的大电流 LDO，它被用于最新高性能处理器的电源设计中。

近年来，FPGA、ASIC、DSP 等高性能处理器实现了工艺小型化，其处理能力得到了显著提高。因此对电源电压的要求越来越低，并且需要极高的精度，例如电压精度不超过 ±1%。 另一方面，随着功耗不断增加，预计未来需要高精度低电压和大电流的场所数量将会增加。

接下来介绍满足高性能处理器的电源要求的方法。其中之一是使用低压差 (LDO) 稳压器：通过在 DC/DC 转换器和高性能处理器之间放置一个 LDO，可以相对容易地以低成本实现电压稳定和高精度。但是普通 LDO 的输出电流有限，它通常不适合需要大电流的高性能处理器。事实上，ADI 还提供了用于为高性能处理器供电的大电流 LDO，它是稳定 DC/DC 转换器通过的电压的理想选择，其特点如下： 

• 输出电压精度高
• 节省空间，成本低
• 电压转换能力强，压差低

即使在 LDO 因电流不足而放弃的情况下，也可以积极使用它们。此外，如果是用于为高性能处理器供电的 LDO，则在许多情况下可能需要以下功能：

• 使能功能
• 抑制发热功能
• 快速瞬态响应
• 输出电压精度高

下图 (图1) 为 LT3070/LT3071 的典型应用图，它的输出电流高达 5A，是业界最高输出电流产品之一。它是一款具有超低压降和快速瞬态响应的 LDO。

• 输出电流：5A
• 输出电压：0.8V~1.8V
• 以 50mV 为增量进行数字配置
• 可进行多路并联 (10A 或更大电流输出)

• 超低压差：85mV
• 内置输入电压跟踪功能 (VOIC)
• 通过控制前端电源，可将损耗降至最低

• 最小化输出电容 (最小值：15μF)

• 热关断
• 使能功能
• 电源正常
• UVLO 系列
• 反向电流保护

LT3071 具有模拟输出裕度调节功能：±10% 范围，输出电压可以连续调节。

LT3072 是一款双通道 LDO，每个通道的输出电流为 2.5A。下图 (图2) 为 LT3072 典型应用图：

• 输出电流：2.5A
• 输出电压：0.6V~2.5V
• 以 50mV 为增量进行数字配置

• 低输出噪声：12μVrms (10Hz~100Hz)

• 输出电容最小 (低至 10μF

• 热关断
• 使能功能
• UVLO 系列
• 电源正常标志
• 反向电流保护

下图 (图3) 为 LT3073 产品图，它是具有极高 PSRR 的 LDO。

• 超低 RMS 噪声：1.2μVRMS (10Hz~100kHz)
• 超低 1/f 噪声：7μVP-P (0.1Hz~10Hz)
• 超低点噪声：3 nV/√Hz (10kHz)
• 高频 PSRR：52dB (1MHz)
• 压差：45mV

• 可编程电流限制
• 电流监控功能

• 热关断
• 启用功能
• 电源正常
• UVLO 系列
• 温度监控功能

接下来对 LT307x 系列产品特性进行对比，如下表 (表1) 所示，值得注意的是输出电流和压差。

压差是输入电压与从 LDO 获得预期输出电压所需的输出电压之间的最小差值。例如，如果 LDO 的压差为 200mV (0.2V)，则需要 5.2V 或更高的输入电压才能输出 5V 电压。LDO 产生的热量由输入和输出之间的电压差×输出电流决定。 输入输出电压差越大，产生的热量就越多，因此设计要点之一是使电压差尽可能小。但是差值能缩小多少取决于 LDO 压差规格：LDO 的压差越大，选择范围越小。

此外，输出电流的大小也会影响发热量。即使电压差条件相同，如果输出电流为 5 倍，发热也将为 5 倍。因此，对于大电流 LDO 而言，降低输入输出电压差更为重要。典型 LDO 的压差约为 200mV~500mV，而 LT307x 系列的压差电压非常低，为 45mV~85mV。由于输入输出之间的电压差可以大大降低，因此即使在大电流下也可以解决 LDO 的发热问题。

下图 (图4) 为 LTM4709 产品图，它是一款模块型大电流 LDO，该产品具有与 LT3073 相同的性能，输出电流为 3A，压差为 45mV，可在单个芯片上实现三个输出通道。 此外，还内置了所有必要的外围元件。

• 电容器 ×3
• 电阻 ×2

• 输入电圧范囲：0.6V~5.5V
• 输出电压范围：0.5V 至 4.2V (可编程设置)
• 低 RMS 噪声：1.3μVRMS (10Hz~100kHz)
• 低点噪声：3 nV/√Hz (10kHz)
• 高频 PSRR：51dB (1MHz)
• 压差：45mV
• 快速瞬态响应

接下来对使用单通道 LT3073 和模块化 LTM4709 来实现等效电路的情况进行比较。下图 (图5) 为 3A×3ch 输出时的总尺寸比较，在使用三个 LT3073 的电路配置中，包括外围元件在内的总尺寸为 302mm²。另一方面，包括外围部件在内的 LTM4709 的尺寸仅为 145mm²。通过选择 LTM4709，可将电路的面积减小约 50%。

LTM4709 的优势不仅限于节省空间，还体现在单个电源中覆盖高性能处理器所需的多个电源，有助于节省设计成本、减少组件数量和降低电路板成本等方面。ADI 大电流 LDO 独特的 5A 输出和模块类型阵容有助于为最新的高性能处理器进行电源设计，并且所有列出的产品均提供评估板。

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