如何为卫星应用选择合适的LDO

但是，市场中有如此多的LDO，如何为子系统选择合适的耐辐射器件呢？让我们看看一些设计规格和器件特性，以帮助您做出这个决定。

航天级LDO的压降

LDO的压降是输入电压和输出电压之间的电压差，在该电压差下 LDO 停止调节输出电压。压降规格越小，能够实现的工作电压差就越小，从而使功率耗散和热耗散更少，并从本质上提高最大效率。这些优势在更高的电流下会变得更加显著，如公式 1 所示：

LDO 功率耗散 = (V_IN-V_OUT)xI_OUT   (1)

在耐辐射方面，很难找到在辐射、温度和老化方面提供强大性能的真正低压降稳压器。例如，TI 的耐辐射 LDO TPS7H1101A-SP 能够在 3A 电流下提供 210mV 的典型压降 (Vdo)，该压降目前在市场上属于超低水平。如果您有标准的 5V、3.3V、2.5V 或 1.8V 电源轨可用，该LDO 可以将输出电压调低至 0.8V 以提供任何所需的电压，以及一个或多个航天级模数转换器 (ADC) 或时钟所需的电流。

航天级LDO的噪声性能

随着卫星在太空中运行10年或更长时间，使机载集成电路充分发挥性能有助于确保设计寿命。为了向高性能时钟、数据转换器、数字信号处理器或模拟元件提供干净、低噪声的电源轨，LDO 电路需产生超小的内部噪声。由于不容易滤除内部产生的 1/f 噪声，因此应采用具有固有低噪声特性的 LDO。低频噪声通常是最大的，也是最难滤除的。TPS7H1101A-SP 提供超低的 1/f 噪声水平，在 10Hz 频率下的峰值约为 1μV/√Hz。有关 RMS 噪声随频率变化的情况，请参阅下面的图1。

图1 TPS7H1101A-SP噪声

航天级LDO的PSRR

电源抑制比 (PSRR) 用于衡量 LDO 清除或抑制由上游其他元件传入噪声的能力。对于高端 ADC，为了更大限度地减少位错误，输入电源噪声要求不断提高。鉴于控制环路的特性，在较高的频率下，很难获得高PSRR。通常，设计人员需要使用外部元件来滤除噪声，从而达到可接受的有效 PSRR，但会增加解决方案尺寸 – 这对于航天应用而言是一个明显的问题，因为尺寸和重量会直接影响卫星发射成本。在上游电源的开关频率下，需要特别注意 PSRR（因为在该频率下存在电压纹波）。此外，由于开关谐波的影响，在该频率下也要妥善考虑 PSRR。如果您期望实现出色的 PSRR，TPS7A4501-SP LDO 可在 100kHz 的频率下提供超过 45dB 的 PSRR。

其他重要的LDO特性

除压降、PSRR 和噪声之外，让我们看看实现耐辐射 LDO 性能不可或缺的几项出色特性。

●   使能。在太空中，太阳能电池板只能提供一定的电能，而许多功能都依靠电能才能运行。利用使能特性，您可以在任何给定的时间指定 LDO 是打开还是关闭，事实证明，该特性对于节省整体功率预算而言至关重要。使能引脚对于上电时序而言也很重要，而新一代 FPGA 对上电时序的需求越来越大。

●   软启动。电压上升过快可能会导致电流过冲或过大的峰值浪涌电流，从而损坏 FPGA 或 ADC 等下游器件。软启动特性可调节启动时输出电压上升的速度。软启动还可以防止上游电源产生过电流，从而防止出现不可接受的电压下降。

●   输出电压精度。通常，Xilinx KU060 等较新的航天级 FPGA 对每个电源轨都有严格的输入电压容差要求，以实现最佳性能。为确保您的设计在辐射暴露和寿命终止条件下满足严格的精度要求，请采用 TPS7H1101A-SP 等器件，该器件位于 KU060 开发板上。

●   尺寸。除了采用易于布局的小型封装之外，减小解决方案尺寸的其他方法包括限制 LDO 的外部元件数量，实现更多集成功能、更好的 PSRR 和噪声规格，以及在单粒子效应下实现更可靠的耐辐射性能。TI 的 TPS7A4501-SP 在封装尺寸、布局和解决方案尺寸方面都是一款业界超小的耐辐射 LDO。

结语

面对如此多的器件，选择一款合适的 LDO 可能很困难，应从哪些功能和特性最重要的角度考虑。例如，如果您的应用要为高端 FPGA 或高速数据转换器供电，则输出电压精度、基准精度、PSRR 和噪声等特性可能是需要优先考虑的因素。不过，如果您要设计低性能模拟电路或使用容差要求不那么严格的旧 FPGA，那么在保持适当功能的同时拥有尺寸超小、成本超低的解决方案可能是更好的选择。