LDO基礎知識：噪聲

　　在一篇LDO基礎知識博文中，我討論了使用低壓差穩壓器（LDO）過濾因開關模式電源導致的紋波電壓。然而，這不是獲得凈化直流電源要考慮的事情。因為LDO是電子設備，它們自身也會生成一定數量的噪聲。選擇使用低噪聲LDO和采取步驟減少內部噪聲，都可以在不損害系統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。

　　輸出噪聲（100μV/p）

　　圖 1：有噪聲電源的輸出噪聲快照

　　在時間域中進行分析是困難的。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。（應用，“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。

　　噪聲（μV√Hz）

　　頻率（Hz）

　　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，音響應用設計師很關注人耳可聞頻率（20Hz到20kHz），而電源噪聲可能使聲音品質下降。

　　在進行蘋果設備之間的比較時，數據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 顯示了對應各曲線的綜合噪聲值。德州儀器供應的LDO系列綜合噪聲值低至3.8μVRMS。

　　降噪

　　除選擇低噪聲質量的LDO外，您還可以采用幾種技術來確保您的LDO具有噪聲特性。這些技術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。

　　VOUT= VREFx （1+R1/ R2）

　　至負載

　　接地

　　VIN

　　VBIAS

　　VREF

　　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果。

　　無

　　噪聲（μV√Hz）

　　頻率（Hz）

　　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值會產生更理想的噪聲值。當達到某個點后，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。當輸出或負荷中出現了大容量電容，有益的做法是降低啟動電流。

　　等式 1 中啟動電流等于：

　?。?）

　　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 有助實現后者，如圖 5 TPS7A85所示。

　　時間（ms）

　　電壓（V）

　　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，可防止出現尖峰啟動電流和潛在可能觸發電流值達到極限的情況。