都说硬件工程师靠熬，那到底怎么熬才有用？

如果单独给大家介绍一款LDO芯片，我想大伙可能提不起兴趣。但如果说，这颗LDO是20V/1A，具有超低噪声和超高PSRR，还是国产的，并且可以直接替代ADI的LT3041系列产品，价格还只要人家的一半，性能指标还更抗打，那这颗国产芯片就有得看了。这颗芯片自2023年上市以来，在需要超低噪声供电的圈子里一直热度不减。今天咱们就来仔细盘一盘这款来自共模半导体的GM12051。01先捋捋LDO的几种常见类型大伙都知道，LDO主要用于输入输出电压差小、对噪声敏感的场景。但不同LDO的核心性能侧重点完全不一样。通用型LDO最常见，价格便宜，适合MCU、数字电路这些对噪声不敏感的场景。高频PSRR衰减很快，噪声指标也一般。低噪声/超低噪声LDO，侧重降低内部基准和放大器本身产生的输出噪声。像射频VCO、PLL、高精度ADC这些负载，对噪声极其敏感。但这类LDO的PSRR不一定高，高频干扰不一定挡得住。高PSRR/超高PSRR LDO，侧重抑制输入端的纹波和干扰，常用于开关电源后置滤波。通常1kHz时PSRR做到70dB以上算高，90dB以上算超高。但这类LDO的噪声性能通常没那么突出。那么问题来了：有没有一种LDO，超低噪声和超高PSRR二者兼得？这就是GM12051的定位。10kHz点噪声密度6nV/√Hz，RMS噪声仅1.8μVrms，妥妥的超低噪声梯队。100Hz时PSRR高达120dB，2MHz时还有59dB，妥妥的超高PSRR梯队。LDO的噪声和PSRR在电路设计上往往存在权衡，很多LDO都逃不过这个定律，但GM12051两个维度都做到了行业前列。这得益于它独特的电流基准加轨至轨缓冲器架构，始终工作在单位增益下，无论输出1V还是15V，噪声、PSRR这些关键性能几乎恒定。后面咱们会详细拆解这个架构。02这种LDO一般用在哪？聊完分类，大伙应该能猜到这颗芯片最擅长干什么了，就是那些对电源噪声要求比较高的负载。比如说射频前端，PLL、VCO、混频器、LNA这些，电源上的任何噪声都会直接调制到射频载波上，恶化相位噪声。再比如高速/高精度数据转换器，尤其在高频段，电源上的任何纹波和尖峰都会直接体现在转换结果的代码跳动上。还有医疗成像与超声诊断，这类设备里，前端换能器回来的信号极其微弱，增益动不动就几十倍甚至上百倍。电源上的噪声被放大后会直接淹没小信号，影响图像的信噪比和对比度。还有红外传感与精密仪器，热电堆或光电探测器的输出电平是微伏级的，后端的仪表放大器对电源共模变化非常敏感。还有开关电源的后置稳压，这也是个很典型的用法。前级一个DC-DC把电压降下来，效率高但纹波也大，后面跟一颗GM12051，利用它超强的PSRR，能把前级DC-DC残留的开关纹波和高频振铃尖峰一把给滤掉。03芯片GM12051介绍GM12051芯片超低噪声和超高PSRR的关键就在它的内部架构上。普通LDO的架构是电压基准 + 误差放大器 + 反馈分压电阻，输出电压通过分压电阻网络来设定。这个架构有个天生的毛病：输出电压设得越高，分压比越大，基准噪声和误差放大器噪声会被成倍放大。结果就是，你设5V时噪声还能接受，设到12V时噪声直接线性增长，性能和输出电压强相关。GM12051换了个思路，它用的是100μA精密电流基准 + 轨至轨电压缓冲器。SET引脚对地接个电阻，电流流过电阻产生基准电压，然后缓冲器直接跟随后输出。整个环路始终工作在单位增益下，输出1V和输出15V的噪声、PSRR几乎完全一样。这一下子解决了两个问题：低噪声不随输出电压恶化，高PSRR也不随输出电压恶化。 很多LDO宣传低噪声，但你一查发现只是在特定输出电压下测的，换个电压性能就变了。GM12051在全电压范围内拿到的性能都是一致的。这也是它能在噪声和PSRR两个维度同时做到行业第一梯队的底层原因。下面咱们直接看几个数据第一，超低噪声在10kHz频率点上，它的点噪声密度典型值只有6nV/√Hz。在10Hz到100kHz的带宽内，输出RMS噪声典型值更是低到了1.8μVrms。这个水平是什么概念？市面上很多标称低噪声的LDO，在10kHz的噪声密度还在二三十个nV徘徊，差一个数量级。第二，超高PSRR在负载最大1A的条件下，在100Hz时，PSRR高达100dB；在10kHz时，还能保持在97dB；就算到了2MHz这么高的频率，依然有63dB的抑制能力。大多数普通LDO在2MHz频率上的PSRR早就衰减到20dB以下，甚至接近于零，完全失去了对开关纹波的抑制能力。GM12051在2MHz还能有约60dB的抑制比，意味着前级DC-DC哪怕有500mVpp的纹波，经过它之后也能被压到0.5mVpp以下。这对于需要从开关电源直接后置稳压的应用来说，效果立竿见影。第三，输出电流和电压范围很宽它能提供1A的输出电流，输入电压范围从2.6V一直到20V，输出电压通过一个电阻就可以在1V到15V之间连续设定。而且，在SET引脚对地加一个电容，能起到一箭三雕的作用：进一步降低输出噪声、改善高频PSRR、同时实现软启动，限制开机时的浪涌电流。第四，低压差，发热少在1A输出电流时，压差典型值只有225mV。这意味着在电池供电或者输入输出电压比较接近的场景下，能量损失更小，芯片自身的发热也更低。空载时静态电流典型值只有3.1mA，关机模式下更是小于1μA。第五，可编程电流限制您可以通过ILIM引脚对地接一个电阻，自己设定限流值，标度因子是278mA·kΩ。比如接个1kΩ电阻，限流值就是278mA。这在给一些比较娇贵的负载供电时非常有用，您可以精确控制最大输出电流，而不是依赖芯片内部固定的、可能偏大的限流点。最后，它还能并联使用如果觉得1A电流还不够，或者还想让噪声更低，可以把两个甚至多个GM12051并联起来。输出电流直接叠加，而输出噪声会降低√N倍，N为并联个数，同时还能把热量分摊到多个器件和更大的PCB铜皮上。当然，这颗芯片的优点远不止这些。负载调整率和线性调整率都非常出色，重载轻载切换或者输入电压波动，输出都稳得住。还有一些参考电路就不细说了，感兴趣的朋友可以在官网下载相关手册进行查看。04小结总的来说，GM12051不是一颗普通LDO，它就是为那些对噪声特别敏感的信号链和射频系统量身打造的。对了，还有个小细节值得一提。咱们做硬件的，平时看数据手册看得最多的就是英文，很多国产芯片也默认出英文版。大家私下没少吐槽：明明是国产芯片，手册干嘛不用中文？翻来翻去总觉得隔了一层。但GM12051这份手册整整20多页，全是中文。从引脚功能到应用信息，从计算公式到PCB布局建议，细节也讲得非常透彻。这年头，能把一份20多页的高性能模拟芯片手册用中文写全的，真不多见。好了，今天就聊到这儿。如果对你有帮助，动动手指点赞、收藏、转发一下，让更多被电源噪声折腾过的兄弟看到这颗芯片。咱们下期见！来源：硬件笔记本