通常，对于CPU、Memory、Interface等数字电路来说，开关电源即便噪声大一点，也没关系，因为这些设备大都工作在MHz的级别，因此可以忽略不计电源的低频噪声，但是对于Audio、RF、Sensor等模拟电路来说，则必须考虑电源噪声对性能的影响，使用中优先选择LDO。下文以超声成像系统为例，讨论系统的噪声，分析开关频率和白噪声等主要因素，给出了目前行业领先的LDO对比表。

超声成像系统

随着超声波市场迅速增长，超声技术已经从静态转向动态，从黑白转向彩色多普勒。超声应用的不断增加，对探头、AFE和电源系统等部件的要求也越来越高。在医学诊断领域，超声成像系统对图像质量的要求越来越高。提高系统的信噪比是提高图像质量的关键技术之一。

超声波系统由传感器、发射电路、接收电路、后端数字处理电路、控制电路、显示模块等组成。数字处理模块通常由现场可编程门阵列(FPGA)组成，FPGA根据系统的配置和控制参数生成发射波束形成器和相应的波形图。发射电路的驱动器和高压电路然后产生高压信号来激发超声换能器。超声波换能器通常由PZT陶瓷制成。它将电压信号转换成进入人体的超声波，同时接收组织产生的回声。回声被转换成一个小电压信号，并传递给发射/接收开关。发射/接收开关的主要目的是防止高压发射信号损坏低压接收模拟前端。将经过信号调理、增益、滤波的模拟电压信号传递给AFE的集成ADC，然后转换为数字数据。数字数据通过JESD204B或LVDS接口到FPGA接收波束形成，然后到后端数字部件进行进一步处理，生成超声图像。

图1   超声成像系统框图

电源是如何影响超声波系统的?

从上面描述的超声结构来看，系统噪声可能受到许多因素的影响，如发射信号链、接收信号链、TGC增益控制、时钟和电源。在这里，我们主要讨论电源如何影响噪声。

超声成像系统噪声

超声成像系统中有不同的图像模式，不同的图像模式对动态范围有不同的要求，信噪比或噪声的指标要求取决于不同的图像模式：

黑白模式需要70dB的动态范围
脉冲多普勒(PWD)模式需要130dB

连续波多普勒(CWD)模式需要160dB

噪底对黑白模式很重要，它影响到最小超声回波在远场可见的最大深度，这是黑白模式的关键特征之一。1/f噪声对于PWD和CWD模式尤为重要。PWD和CWD图像都包含1 kHz以下的低频频谱，而大于1 kHz的多普勒频谱则受到相位噪声的影响。由于超声换能器的频率一般在1 MHz到15 MHz之间，在这个范围内的任何开关频率噪声都会对其产生影响。如果PWD和CWD频谱(从100 Hz到200 kHz)中存在相互调制的频率，则在多普勒图像中会出现明显的噪声频谱，这在超声系统中是不可接受的。

一个良好的电源可以通过考虑上述因素来改善超声图像。在设计超声应用电源时，设计者应该了解以下几个因素。

1、开关频率

避免将意想不到的谐波频率引入采样频段(200 Hz至100 kHz)，在电力系统中很容易发现这种噪声。大多数开关稳压器使用电阻器来设置开关频率。该电阻的误差会在PCB上引入不同的开关频率和谐波。例如，在400 kHz的DC-DC电源中，1%精度的电阻提供±1%的误差和4 kHz的谐波频率。更好的解决方案是选择具有时钟同步功能的电源。外部时钟将通过SYNC引脚向所有电源发送信号，以便所有电源在相同频率和相同相位切换。

2、白噪音
超声系统中也存在许多白噪声，导致超声成像中存在背景噪声。这种噪声主要来自于信号链、时钟和电源。

在模拟信号处理的模拟电源引脚处添加LDO稳压器能够很好的解决以上的问题。共模的新一代超低噪声LDO能实现0.8μV rms的超低噪声，覆盖电流从100mA到1A。

表1  共模超低噪声和超高PSRR LDO系列

在超声系统中可以采用输出电流为500mA和1A的LDO，以GM1205为例，图2给出了其应用电路，频谱密度如图3所示。

图2  共模新一代低噪声LDO电源GM1205

  

图3 GM1205的超低噪声频谱密度

行业内高性能的LDO对比

表2给出了各个公司的LDO的性能指标。共模公司的GM1200是比电池噪声还低的电源，其噪声和电源抑制比达到国际领先水平。

  

表2  共模超低噪声和超高PSRR LDO系列