1 LDO噪音和PSRR
低压差线性调节器(LDO)提供了一种简单的方法来调节较高电压输入产生的输出电压。虽然操作简单，但其自生噪声常与PSRR混淆。在许多情况下，它们被统称为“噪音”，这是不恰当的。噪声由LDO内部电路和外部元件中的晶体管和电阻产生。噪声类型包括热噪声、闪烁噪声和散粒噪声。PSRR可以测量电路的功率抑制能力，用输出噪声与功率输入噪声之比来表示。它可以测量电路在不同频率下对输入电源注入纹波的抑制能力。在LDO，PSRR是宽频率范围内输出纹波与输入纹波之比，单位为分贝(dB)。PSRR的基本公式是等式1:
图1-1说明了噪声和PSRR之间的区别。LDO的噪声包括内部噪声和外部噪声，PSRR是LDO的内部参数。LDO用户通常关注PSRR，而不是自生输出噪声。PSRR可以抑制来自LDO以外的噪音，但它总是在LDO内部产生噪音。因此，PSRR高的LDO可能无法很好地抑制内部噪音。用户应该始终考虑这两个参数。
图1-1。PSRR和LDO的噪音
2 LDO噪声类型
噪声是晶体管和电阻中产生的纯物理现象。晶体管会产生散粒噪声和闪烁噪声。MOSFET的电阻元件(如电阻)也会产生热噪声。热噪声和散粒噪声本质上是随机的，它们的功率在频谱上是平坦的。功率在放大器的带宽内是平坦的。当场效应晶体管栅极上的电荷被捕获时，会产生闪烁噪声。散粒噪声符合泊松分布，而1/f噪声(闪烁噪声)的功率与频率成反比，即频率越低，噪声越高。1/f噪声是系统的主要噪声源，仅次于热噪声。(见图2-1)
图2-1。LDO噪声(类型)
3数据表中的噪声规格
一般来说，数据手册有两种方式规定LDO噪声。一个是“总(积分)输出噪声，单位为VRMS”，即在有限频率范围内积分的频谱噪声密度均方根值。二是“频谱噪声密度曲线，单位为V/Hz”，是噪声密度与频率的关系。图3-1显示了TPS717xx系列LDO的两种规格。
图3-1。两种噪声调节方式(TPS 717xldo)
由于输出噪声电压被指定为一个数字，因此非常适合比较。比较不同LDo的噪声规格时，必须在相同的频率范围和相同的输出电压和电流值下测量两个调节器的噪声。
什么样的规格适合你的应用？
用户应该知道特定应用需要哪种LDO噪声规格，因为有些应用与频谱噪声密度有关，而有些应用可以利用总(积分)噪声。下面的例子说明了这一点。
1.以射频系统中由LDO供电的压控振荡器为例。压控振荡器接收两个输入信号，并将它们混合成一个信号。如果两个信号分别为sin(1t)和sin(2)t，混合信号将输出SIN((12)t)、sin((1 2)t)和谐波信号。射频信号链通过压控振荡器后，一般只会进入一次频率调谐的带通系统，即信号混合后，只有频率较高的信号不会通过。大多数宽带应用非常严格地调节每个频带的频谱和功率。必须控制任何频带中的寄生噪声，以满足所谓的“传输屏蔽”要求。传输屏蔽对于最终产品的组织认证非常重要。高频背景噪声的任何峰值都可能导致传输信号超出传输屏蔽的范围，从而无法通过认证测试。
如果电源导线或LDO输出中有噪声，这种FR频率的噪声与载频信号混合后会产生两个边带，如图4-1所示。如果噪声过高，噪声引起的边带会超出传输掩码的范围，导致系统故障。
图4-1。噪声引起的传输屏蔽和边带
同样，假设射频系统工作在2.4千兆赫，LDO噪声将是2.4千兆赫
上下的 VCO 噪声频谱提高至 LDO带宽。在 VCO 原始噪声图中加入图 2-1 所示的 LDO 噪声后，中心频率附近的 VCO 本底噪声等级提高。图 4-2. LDO 噪声提高了 VCO 本底噪声
因此，在射频应用中，用户应使用频谱噪声密度曲线。因为单一噪声无频率相关性，不会准确地表示最终输出。
2. 假设在一个系统中 LDO 为 ADC 或 DAC 供电。任何采样系统由于混叠现象都会使高频噪声的频率降低。例如，如果采样频率为 100kHz，LDO 产生的噪声为 90kHz 和 110kHz、190kHz 和 210kHz 等，则所有噪声将折返至拍频 10kHz。任何频率的输出噪声都会出现这种情况，因此所有 LDO 噪声都会折返至采样系统的带宽范围内。这相当于对系统的直流噪声到带宽噪声进行积分，然后计算总噪声。LDO 的总（积分）噪声较高时，会影响 ADC/DAC 的性能。 图 4-3 下面显示了 LDO 噪声混叠是如何发生的。第一个图是由理想 LDO 供电的系统，第二个图是由具有热噪声的 LDO 供电的系统（热噪声使本底噪声增加），第三个图是由具有高频噪声的 LDO 供电的系统（因混叠现象使频率降低）。
图 4-3. LDO 噪声混叠
由于系统会使所有噪声的频率降低，并对噪声进行积分，因此，用户在此应用中应使用总（积分）输出噪声。
5 如何降低 LDO 噪声？
LDO 中的主要噪声源来自带隙基准源。可使用两种方法来降低 LDO 中的噪声。下面内容详细说明了这两种方法。
降低噪声的一种方法是降低 LDO 带宽，这可以通过降低 LDO 内部误差放大器的带宽来实现。但是，如果我们降低误差放大器的带宽，则会降低 LDO 瞬态响应速度。
另一种方法是使用低通滤波器 (LPF)。我们知道，LDO 噪声的最主要来源是内部的带隙基准源。因此，我们可在带隙输出和误差放大器输入之间插入一个 LPF，从而在误差放大器将带隙噪声放大之前将其降低。通常，该 LPF由一个内部大电阻器和一个外部电容器组成。此滤波器的截止频率设置得越低越好，从而滤除几乎所有的带隙噪声。
这里始终有一个问题：为什么占用大部分芯片面积的大功率导通元件（主要是 FET）不是主要噪声源？答案是没有增益。作为主要噪声源的带隙基准源连接至误差放大器的输入端，因此会被误差放大器的增益放大。我们知道，要研究输出噪声，首先要了解运算放大器输入的每个噪声影响因素；所以，要研究导通 FET 的噪声，需要先找到噪声的影响因素，即导通 FET 和误差放大器输入之间的开环增益。开环增益非常大，因此，导通 FET 的其他噪声影响因素通常可以忽略不计。
总之，LDO 噪声和 PSRR 都是选择 LDO 时需要考虑的重要规格。这里有两种 LDO 噪声的规定方式，用户应查找适合其应用的规格。
该内容是小编转载自网络，仅供学习交流使用，如有侵权，请联系删除。如果你还想了解更多关于电子元器件的相关知识及电子元器件行业实时市场信息，敬请关注微信公众号 【上海衡丽贸易有限公司】主要以代理：铝电解电容、薄膜电容、MOSFET、压敏电阻、保险丝等国产知名品牌元器件。