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什么是LDO?浅析低压差稳压器 (LDO) 中的噪声及电源抑制比

来源:www.anbo104.com    发布时间:2024-06-29 10:59:08

  ,即使提供给它的输入电压几乎等于输出电压,也能够最终靠它控制输出电压。LDO 有两个组件 - 功率 FET 和

  低压差 (LDO) 稳压器中的噪声源可分为两大类,即内在噪声源和外在噪声源。LDO 的固有噪声有两个主要来源:

  为了获得 15 μA 或更低的静态电流,现代 LDO 使用几十纳安的内部偏置电流。

  在一些 LDO 中,使用外部电容器来过滤参考电压。事实上,为了达到低噪声条件,许多所谓的超低噪声 LDO 需要外部噪声衰减电容器。不幸的是,固定输出 LDO 无法降低输出噪声,因为没有进入反馈节点的权利。如果误差放大器对噪声的贡献大于基准电压源的贡献,则能够最终靠降低误差放大器的噪声增益来降低 LDO 的总体噪声。

  判断误差放大器是否是主要噪声源的唯一方法是比较特定 LDO 的固定版本和可变版本的噪声。如果固定 LDO 的噪声量小于可变 LDO,那么我们能说误差放大器是主要噪声源。

  该图显示了一个 2.5 V 输出可修改 LDO,其中 R1、R2、R3 和 C1 为外部组件。

  R3 用于将放大器的高频增益设置为高达 1.5× 至 2×。而C1用于将降噪系统(C1、R1和R3)的低频零点设置在10Hz至100Hz之间,以确保噪声降低至1/f。

  从上图中能够准确的看出,20 Hz 至 2 kHz 之间的噪声性能提高了约三倍(约 10 dB)。

  PSRR 代表“电源抑制比”,由于集成度的提高,它已成为现代片上系统 (SoC) 设计中逐渐重要的参数。

  • 输入节点到输出节点A(ω) 的传递函数。A(ω)也称为开环传递函数。

  从上式可以明显看出,PSRR与A(ω)成正比,与Asupply(ω)成反比。因此,如果 Asupply(ω) 减小并且开环增益 A(ω) 增大,PSRR 将增大。

  PSRR 绝大多数都是 LDO 抑制输入侧出现纹波的能力。在理想的 LDO 中,直流频率将是唯一的输出电压。然而,由于高频下出现小尖峰,误差放大器并不具有完美的功能。考虑纹波,PSRR 表示如下:

  它可以将该频率下的 1 mV 衰减至输出端的 1.78 µV。因此,PSRR 增加了 6dB,相当于衰减增加了 2 倍。

  大多数 LDO 在较低频率(通常为 10 Hz – 1 kHz)下具有相比来说较高的 PSRR。在宽频带上具有高 PSRR 的 LDO 能抑制非常高频的噪声,就像开关产生的噪声一样。

  PSRR 会随频率、温度、电流、输出电压和电压差等参数的变化而波动。PSRR 应为负值,因为它用于计算抑制。然而,该图将其显示为正数,因此图中顶部的数字表示更高的噪声抑制。

  在此方法中,两个电压(直流和交流)相加并施加在 LDO 的输入端子上。工作点偏置电压为 VDC,VAC为噪声源。上图中,电容C用于防止VAC短路VDC,电感L用于防止VDC短路噪声源。

  测量低频 PSRR 取决于由电感器L 和电容器 C 创建的。该滤波器的 3dB 点由下式确定:

  当获得低于 3dB 点的频率时,测量 PSRR 变得困难并且它们开始减弱。

  为了获得改进的 PSRR 测量,描述了另一种方法,其中使用高带宽放大器作为求和节点来插入信号,从而在 VAC 和 VDC 之间提供隔离。该方法如下图所示:

  1、输入电容可能是高速放大器进入不稳定状态的原因;在测量 PSRR 之前应移除该电容器。

  2. 为了减少电感效应,应使用示波器或网络分析仪同时测量 Vin 和 Vout。

  3. 长电线会增加电感并影响结果。这就是怎么回事测试装置不应该有任何长电线. 选择交流和直流输入值时应考虑以下条件:

  5. 放大器的结果将开始衰减施加到 LDO 的极高频率的 VAC 信号。

  输出阻抗与漏极电流成反比,因此导致 LDO 的开环输出阻抗减小,负载电流增大,增益降低。

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