1 LDO 噪声来源
LDO 的噪声分为 LDO 内部的噪声和 LDO 外部的噪声。LDO 内部的噪声来自于内部电路的带隙基准源,放大器以及晶体管。LDO 外部的噪声来自于输入。在 LDO 的手册中, PSRR 是表征 LDO抑制外部噪声的能力,但 PSRR 高并不代表 LDO 内部噪声小。LDO 的总输出噪声才是表征 LDO内部噪声抑制的参数,一般在电气特性表里用单位µVRMS 表示,或者在噪声频谱密度图上表示。
这里提醒下(很多厂商会以高PSRR为卖点推料,工程师自己要有自己的判断)
图 2 是 LDO 内部结构框图, VN 代表等效噪声源。
噪声源包括带隙基准源产生的噪声VN (REF ),误差放大器产生的噪声V (NAMP) , FET 产生的噪声V (NFET) 以及反馈电阻产生的噪声VN (R 1) 和VN (R 2) 。
在大多数情况下,由于带隙基准源电路是由很多不同的电阻、 晶体管和电容组成,它所产生的噪声会远远大于反馈电阻产生的噪声。而且带隙基准源是误差放大器的输入,它所产生的噪声也会经由误差放大器放大来控制 FET,所以误差放大器本身以及 FET 所产生的噪声也会比带隙基准源的噪声要低。可以说, LDO 内部最大的噪声源就是带隙基准源。
把 LDO 输出噪声VN (OUT ) 表示为
VN (Other ) 是VN ( AMP ) 以及VN ( FET ) 的和。输出噪声最小值出现在 R1 短接到 FB,误差放大器的增益近似为 1 的时候。
2 LDO 噪声抑制方法
为了抑制带隙基准源产生的噪声,有三种办法:
一是降低误差放大器的带宽,抑制了带隙基准源的高频噪声。但是降低带宽会使 LDO 的动态性能降低。
二是在带隙基准源和误差放大器之间加低通滤波。高性能的 LDO 都会有一个噪声抑制 NR 管脚,CNR 并联在带隙基准源和 GND 之间,起到低通滤波的作用。
三是在反馈电阻 R1 上增加前馈电容CFF 。在增加了CFF 和CNR 后,输出噪声可以表示为
可以得出, CFF 越大,输出噪声就越小。频率越高,输出噪声越小。
不同CFF 下的噪声频谱密度图。可以看出, CFF 越大,噪声从低频开始都能被很好的抑制。CFF 太小的时候,抑制噪声的作用就不太明显。当频率很高的时候,不管用多大的CFF ,噪声频谱密度相差不会太大。所以,增加合适的前馈电容CFF ,对改善 LDO 低频噪声有非常好的效果。
这里提醒下(对噪声要求较高的应用,可以预留前馈电容)
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