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[導(dǎo)讀]LDO是電子設(shè)備,它們自身也會生成一定數(shù)量的噪聲。選擇使用低噪聲LDO和采取步驟減少內(nèi)部噪聲,都可以在不損害系統(tǒng)性能的同時形成凈化電源軌的不可分割的措施。

作者:德州儀器Aaron Paxton

在一篇LDO基礎(chǔ)知識博文中,我討論了使用低壓差穩(wěn)壓器(LDO)過濾因開關(guān)模式電源導(dǎo)致的紋波電壓。然而,這不是獲得凈化直流電源唯一要考慮的事情。因為LDO是電子設(shè)備,它們自身也會生成一定數(shù)量的噪聲。選擇使用低噪聲LDO和采取步驟減少內(nèi)部噪聲,都可以在不損害系統(tǒng)性能的同時形成凈化電源軌的不可分割的措施。

識別噪聲

理想的LDO具備沒有交流元件的電壓軌。但缺點在于LDO會和其他電子設(shè)備一樣生成本體噪聲。圖 1 顯示了這種噪聲在時間域中的表現(xiàn)。

 

 

圖 1:有噪聲電源的輸出噪聲快照

在時間域中進(jìn)行分析是困難的。因此,有兩個主要方法來檢驗噪聲:跨越整個頻譜,和作為綜合值。

您可以使用頻譜分析工具來識別LDO輸出線路中的各種交流元件。(應(yīng)用報告,“如何測量LDO噪聲,”介紹了豐富的噪聲測量知識。) 圖 2 繪制了1A低噪聲LDO TPS7A91的輸出噪聲。

 

 

圖 2:TPS7A91噪聲頻譜密度 vs. 頻率和VOUT

如您從各種曲線看到的那樣,輸出噪聲(以每平方根赫茲[μV/ Hz]來表示)集中在頻譜低端。該噪聲大部分出自內(nèi)部參考電壓,以及誤差放大器FET和電阻分壓器。

分析跨越整個頻譜的輸出噪聲,能幫助我們確定感興趣噪聲范圍的噪聲曲線。例如,音響應(yīng)用設(shè)計師很關(guān)注人耳可聞頻率(20Hz到20kHz),而電源噪聲可能使聲音品質(zhì)下降。

在進(jìn)行蘋果設(shè)備之間的比較時,數(shù)據(jù)表通常提供的是單一、綜合噪聲值。輸出噪聲一般是綜合10Hz到100kHz的噪聲,用微伏均方根(μVRMS)表示。(各廠商還將綜合來自100Hz到100kHz的噪聲,或者綜合來自自定義頻率范圍的噪聲?;谒x頻率范圍進(jìn)行綜合,有助屏蔽不討人喜歡的噪音屬性,因此,檢查除綜合值外的噪聲曲線很重要。)圖 2 顯示了對應(yīng)各曲線的綜合噪聲值。德州儀器供應(yīng)的LDO系列綜合噪聲值低至3.8μVRMS。

降噪

除選擇低噪聲質(zhì)量的LDO外,您還可以采用幾種技術(shù)來確保您的LDO具有最低噪聲特性。這些技術(shù)包括使用降噪和前饋電容器。我將在下一篇博文中探討使用前饋電容器。

降噪電容器

TI的許多低噪聲LDO系列都具有專門用作“NR/SS”的專用引腳,如圖 3 所示。

 

 

圖 3:具有NR/SS引腳的NMOS LDO

該引腳的功能有兩個:它用于過濾來自內(nèi)部參考電壓的噪聲,及降低啟動過程中的壓擺率或啟用LDO。

為該引腳添加一個電容器(CNR/SS),就可以形成具有內(nèi)部電阻的RC濾波器,有助于把由參考電壓生成的無用噪聲分流。由于參考電壓是噪聲的主要來源,增加電容可推送左側(cè)低通濾波器的截止頻率。圖 4 顯示了該電容器對輸出噪聲的作用結(jié)果。

 

 

圖 4:TPS7A91噪聲頻譜密度 vs. 頻率和CNR/SS

如圖 4 所示,更高的CNR/SS值會產(chǎn)生更理想的噪聲值。當(dāng)達(dá)到某個點后,再增加電容值也不再能夠降低噪聲。其余噪聲來自誤差放大器和FET等。

增加電容器還在啟動期間形成了電阻電容延遲,這將使輸出電壓以較低速率上升。當(dāng)輸出或負(fù)荷中出現(xiàn)了大容量電容,有益的做法是降低啟動電流。

等式 1 中啟動電流等于:

 

(1)

為降低啟動電流,您必須減小輸出電容或降低壓擺率。幸好,CNR/SS 有助實現(xiàn)后者,如圖 5 TPS7A85所示。

 

 

圖 5:TPS7A85的啟動 vs. CNR/SS

如您所見,增加CNR/SS值會延長啟動時間,可防止出現(xiàn)尖峰啟動電流和潛在可能觸發(fā)電流值達(dá)到極限的情況。

概要

低噪聲LDO對于確保凈化直流電源至關(guān)重要。選擇具有低噪聲屬性的LDO和合理利用都不容忽視,這樣才能保障盡量凈化的輸出。使用NR/SS電容器有兩個優(yōu)點:它可幫助您控制壓擺率和過濾參考噪聲。欲更多了解有關(guān)LDO的見解,請參閱LDO基礎(chǔ)系列中的其他博文。

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