LDO 噪声详解
引言
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/175655.htm随着通信信道的复杂度和可靠性不断增加，人们对于电信系统的要求和期望也不断提高。这些通信系统高度依赖于高性能、高时钟频率和数据转换器器件，而这些器件的性能又非常依赖于系统电源轨的质量。当使用一个高噪声电源供电时，时钟或者转换器 IC 无法达到最高性能。仅仅只是少量的电源噪声，便会对性能产生极大的负面影响。本文将对一种基本 LDO 拓扑进行仔细研究，找出其主要噪声源，并给出最小化其输出噪声的一些方法。
表明电源品质的一个关键参数是其噪声输出，它常见的参考值为 RMS 噪声测量或者频谱噪声密度。为了获得最低 RMS 噪声或者最佳频谱噪声特性，线性电压稳压器(例如：低压降电压稳压器，LDO)，始终比开关式稳压器有优势。这让其成为噪声敏感型应用的选择。
基本 LDO 拓扑
一个简单的线性电压稳压器包含一个基本控制环路，其负反馈与内部参考比较，以提供恒定电压—与输入电压、温度或者负载电流的变化或者扰动无关。
图 1 显示了一个 LDO 稳压器的基本结构图。红色箭头表示负反馈信号通路。输出电压 VOUT 通过反馈电阻 R1 和 R2 分压，以提供反馈电压 VFB。VFB 与误差放大器负输入端的参考电压 VREF 比较，提供栅极驱动电压 VGATE。最后，误差信号驱动输出晶体管 NFET，以对 VOUT 进行调节。
图 1 LDO 负反馈环路
简单噪声分析以图 2 作为开始。蓝色箭头表示由常见放大器差异代表的环路子集(电压跟随器或者功率缓冲器)。这种电压跟随器电路迫使 VOUT 跟随 VREF。VFB 为误差信号，其参考 VREF。在稳定状态下，VOUT 大于 VREF，其如方程式 1 所描述：
图 2 LDO 参考电压缓冲
其中，1 + R1/R2 为误差放大器必须达到稳态输出电压 (VOUT) 的增益。
假设电压参考不理想，并在其DC输出电压(VREF)上有一个有效噪声因数VN(REF)。假设图 2 中所有电路模块均理想，VOUT 便为噪声源的函数。可以轻松地对方程式 1 进行修改，以考虑到噪声源，如方程式 2 所示：
其中，VN(REF) 为输出的单独噪声影响因素，如方程式 3 所示：
通过方程式 2 和 3，我们可以清楚地看到，更高的输出电压产生更高的输出噪声。反馈电阻 R1 和 R2 设置(或者调节)输出电压，从而设置输出噪声电压。因此，许多LDO器件的特点是，噪声性能与输出电压有关。例如，VN = 16 µVRMS×VOUT 说明了一种标准的输出噪声描述方式。
主要 LDO 输出电压噪声源
对于大多数典型的LDO器件来说，主要输出噪声源为方程式3所示经过放大的参考噪声。虽然总输出噪声因器件不同而各异，但一般都是如此。图 3 为一个完整的结构图，显示了其各个电路组件的相应等效噪声源。由于任何有电流流过的器件都是一个潜在的噪声源，图 1 和图 2 所示所有单个组件均为一个噪声源。
图 4 由图 3 改画而来，目的是包括 OUT 节点的所有等效参考噪声源。完整的噪声方程式为：
图 3 等效噪声源 LDO 拓扑
图 4 统一噪声源 LDO 拓扑
评论