通常，對于CPU、Memory、Interface等數字電路來說，開關電源即便噪聲大一點，也沒關系，因為這些設備大都工作在MHz的級別，因此可以忽略不計電源的低頻噪聲，但是對于Audio、RF、Sensor等模擬電路來說，則必須考慮電源噪聲對性能的影響，使用中優先選擇LDO。下文以超聲成像系統為例，討論系統的噪聲，分析開關頻率和白噪聲等主要因素，給出了目前行業領先的LDO對比表。

超聲成像系統

隨著超聲波市場迅速增長，超聲技術已經從靜態轉向動態，從黑白轉向彩色多普勒。超聲應用的不斷增加，對探頭、AFE和電源系統等部件的要求也越來越高。在醫學診斷領域，超聲成像系統對圖像質量的要求越來越高。提高系統的信噪比是提高圖像質量的關鍵技術之一。

超聲波系統由傳感器、發射電路、接收電路、后端數字處理電路、控制電路、顯示模塊等組成。數字處理模塊通常由現場可編程門陣列(FPGA)組成，FPGA根據系統的配置和控制參數生成發射波束形成器和相應的波形圖。發射電路的驅動器和高壓電路然后產生高壓信號來激發超聲換能器。超聲波換能器通常由PZT陶瓷制成。它將電壓信號轉換成進入人體的超聲波，同時接收組織產生的回聲。回聲被轉換成一個小電壓信號，并傳遞給發射/接收開關。發射/接收開關的主要目的是防止高壓發射信號損壞低壓接收模擬前端。將經過信號調理、增益、濾波的模擬電壓信號傳遞給AFE的集成ADC，然后轉換為數字數據。數字數據通過JESD204B或LVDS接口到FPGA接收波束形成，然后到后端數字部件進行進一步處理，生成超聲圖像。

圖1   超聲成像系統框圖

電源是如何影響超聲波系統的?

從上面描述的超聲結構來看，系統噪聲可能受到許多因素的影響，如發射信號鏈、接收信號鏈、TGC增益控制、時鐘和電源。在這里，我們主要討論電源如何影響噪聲。

超聲成像系統噪聲

超聲成像系統中有不同的圖像模式，不同的圖像模式對動態范圍有不同的要求，信噪比或噪聲的指標要求取決于不同的圖像模式：

黑白模式需要70dB的動態范圍
脈沖多普勒(PWD)模式需要130dB

連續波多普勒(CWD)模式需要160dB

噪底對黑白模式很重要，它影響到最小超聲回波在遠場可見的最大深度，這是黑白模式的關鍵特征之一。1/f噪聲對于PWD和CWD模式尤為重要。PWD和CWD圖像都包含1 kHz以下的低頻頻譜，而大于1 kHz的多普勒頻譜則受到相位噪聲的影響。由于超聲換能器的頻率一般在1 MHz到15 MHz之間，在這個范圍內的任何開關頻率噪聲都會對其產生影響。如果PWD和CWD頻譜(從100 Hz到200 kHz)中存在相互調制的頻率，則在多普勒圖像中會出現明顯的噪聲頻譜，這在超聲系統中是不可接受的。

一個良好的電源可以通過考慮上述因素來改善超聲圖像。在設計超聲應用電源時，設計者應該了解以下幾個因素。

1、開關頻率

避免將意想不到的諧波頻率引入采樣頻段(200 Hz至100 kHz)，在電力系統中很容易發現這種噪聲。大多數開關穩壓器使用電阻器來設置開關頻率。該電阻的誤差會在PCB上引入不同的開關頻率和諧波。例如，在400 kHz的DC-DC電源中，1%精度的電阻提供±1%的誤差和4 kHz的諧波頻率。更好的解決方案是選擇具有時鐘同步功能的電源。外部時鐘將通過SYNC引腳向所有電源發送信號，以便所有電源在相同頻率和相同相位切換。

2、白噪音
超聲系統中也存在許多白噪聲，導致超聲成像中存在背景噪聲。這種噪聲主要來自于信號鏈、時鐘和電源。

在模擬信號處理的模擬電源引腳處添加LDO穩壓器能夠很好的解決以上的問題。共模的新一代超低噪聲LDO能實現0.8μV rms的超低噪聲，覆蓋電流從100mA到1A。

表1  共模超低噪聲和超高PSRR LDO系列

在超聲系統中可以采用輸出電流為500mA和1A的LDO，以GM1205為例，圖2給出了其應用電路，頻譜密度如圖3所示。

圖2  共模新一代低噪聲LDO電源GM1205

  

圖3 GM1205的超低噪聲頻譜密度

行業內高性能的LDO對比

表2給出了各個公司的LDO的性能指標。共模公司的GM1200是比電池噪聲還低的電源，其噪聲和電源抑制比達到國際領先水平。

  

表2  共模超低噪聲和超高PSRR LDO系列