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        LDO噪聲詳解

        作者: 時間:2012-12-24 來源:網絡 收藏

        圖 6 RMS 噪聲與輸出電壓的關系

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/185506.htm

        因此,放大參考噪聲被降至(1 + R1/R2) × VN(REF) × GRC,則方程式5變為:

        g7.jpg

        在現實世界中,所有控制信號電平均依賴于頻率,包括噪聲信號在內。如果誤差放大器帶寬有限,則高頻參考噪聲 (VN(REF)) 通過誤差放大器濾波,其方式與使用 RC 濾波器類似。但在實際情況下,誤差放大器往往具有非常寬的帶寬,因此 器件擁有非常好的電源紋波抑制 (PSRR) 性能,其為高性能 的另一個關鍵性能參數。為了滿足這種矛盾的要求,IC 廠商選擇使用寬帶寬誤差放大器,以實現最佳低噪聲 PSRR。如果低噪聲也為強制要求,則這樣做會帶來 NR 引腳功能的使用。

        典型電路中參考噪聲的控制

        放大參考噪聲

        TI TPS74401 用于測試和測量。表 1 列出了常見配置參數。請注意,為了便于閱讀,TPS74401 產品說明書的軟啟動電容器 CSS 是指降噪電容器 CNR。

        表 1 設置參數

        表 1 設置參數.jpg

        首先,使用一個可忽略不計的小 CNR,研究放大器增益的影響。圖 6 顯示了 RMS 噪聲與輸出電壓設置的對比情況。如前所述,主要噪聲源 VN(REF) 通過反饋電阻器 R1 和 R2 的比放大。我們將方程式 7 修改為方程式 8 的形式:

        g8 .jpg

        其中,VN(Other)為所有其它噪聲源的和。

        如果方程式 8 擬合y=ax + b的線性曲線,如圖 6 中紅色虛線所示,則 VN(REF)(斜率項)可估算為 19 µVRMS,而 VN(Other)(y 截距項)為 10.5 µVRMS。正如在后面我們根據“降噪(NR)引腳效應”說明的那樣,CNR 的值為 1pF,目的是將 RC 濾波器效應最小化至可忽略不計水平,而 GRC 被看作等于 1。在這種情況下,基本假定 VN(REF) 為主要噪聲源。

        請注意,當 OUT 節點短路至 FB 節點時噪聲最小,其讓方程式 8 的放大器增益(1 + R1/R2)等于1(R1=0)。圖 6 顯示,該最小噪聲點約為 30 µVRMS。

        抵銷放大參考噪聲

        本小節介紹一種實現最小輸出噪聲配置的有效方法。如圖 7 所示,一個前饋電容器 CFF 向前傳送(繞開)R1 周圍的輸出噪聲。這種繞開或者短路做法,可防止在高于 R1 和 CFF 諧振頻率 fResonant 時參考噪聲因誤差放大器增益而增加,其中:

        g8.jpg

        輸出噪聲變為:

        g9.jpg

        圖 7 使用噪聲最小化前饋電容(CFF) 的 LDO 拓撲.jpg

        圖 7 使用噪聲最小化前饋電容(CFF) 的 LDO 拓撲

        圖 8 顯示了RMS噪聲相對于前饋電容 (CFF) 和不同輸出電壓設置的變化。請注意,每個 RMS 圖線上各點代表上述電路狀態下整個給定帶寬的完整噪聲統計平均數。正如我們預計的那樣,所有曲線朝 30 µVRMS 左右的最小輸出噪聲匯集;換句話說,由于 CFF 效應,噪聲匯聚于 VN(REF) + VN(Other)。

        圖 8 前饋電容對噪聲的影響.jpg

        圖 8 前饋電容對噪聲的影響

        圖 8 對此進行了描述。CFF 值大于 100nF時,方程式 8 中1 + R1/R2 的放大器增益被抵銷掉。出現這種情況的原因是,盡管低頻噪聲未被 CFF 完全抵銷,但是低頻噪聲對 RMS 計算的總統計平均數影響不大。為了觀察 CFF 的實際效果,我們必需查看噪聲電壓的實際頻譜密度圖(圖9)。圖9表明,CFF=10µF 曲線的噪聲最小,但是某些頻率以上時所有曲線均接近于這條最小噪聲曲線。這些頻率相當于由 R1 和 CFF 值決定的諧振極點頻率。R1 等于 31.6 kΩ 時計算得到的 CFF值,請參見表 2。

        表 2 計算得諧振頻率

        表 2 計算得諧振頻率.jpg

        圖 9 表明,50 Hz 附近時,CFF=100 nF 曲線轉降。5 kHz 附近時,CFF=1 nF 曲線轉降,但是 CFF=10 pF 時諧振頻率受 LDO 噪聲總內部效應影響。通過觀察圖 9,我們后面均假設 CFF=10µF 最小噪聲。

        圖 9 各種 CFF 值的輸出頻譜噪聲密度.jpg

        圖 9 各種 CFF 值的輸出頻譜噪聲密度

        降噪 (NR) 引腳的效果

        在 NR 引腳和接地之間使用 RC 濾波器電容(CNR)時,GRC 下降。圖 10 表明 RMS 噪聲為 CNR 的函數(參見圖 5)。稍后,我們將在第三段“其它技術考慮因素”中說明這兩條曲線的差異。

        圖 10 RMS 噪聲與降噪電容的關系.jpg



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