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[经验] 利用RC网络降低可调节LDO输出噪声

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发表于 2016-5-27 09:28:39 | 显示全部楼层 |阅读模式

低压差稳压器 (LDO)可用来为高速时钟、模数转换器、数模转换器、压控振荡器和锁相环这些电路供电。噪声对于高性能模拟电路的设计人员而言极为重要。降低噪声的关键是保持LDO噪声增益接近单位增益,且不影响交流性能或直流闭环增益。

本文描述简单的RC网络如何降低可调节输出低压差稳压器的输出噪声。本文通过实验数据来演示这一简单方法的有效性。虽然RC网络的主要目的是降噪,但它也能改善电源抑制和负载瞬态响应。

图1显示典型可调节输出LDO的简化框图。输出电压VOUT等于基准电压与误差放大器直流闭环增益的乘积:VOUT= VR× (1 + R1/R2),其中(1 +R1/R2)是误差放大器的直流闭环增益。

误差放大器噪声VN和基准电压噪声VRN放大相同的倍数,使输出噪声与设定的输出电压成比例增加。这使得输出电压上的噪声比参考电压高但小于2倍,输出噪声适度增加但在敏感应用中哪怕这种适度增加都有可能无法接受。


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 楼主| 发表于 2016-5-27 09:32:06 | 显示全部楼层

电源抑制

此频率范围内的电源抑制比(PSRR)同样得到了改善。PSRR衡量电路抑制电源输入端出现的外来信号(噪声和纹波),使这些干扰信号不至于破坏电路输出的能力。PSRR定义为:PSRR = VEIN/VEOUT。这还可以用dB表示:PSR = 20 × log(VEIN/VEOUT),其中VEIN和VEOUT为出现在输入端和输出端的外来信号。

改善PSR

使用降噪网络降低可调节输出LDO输出噪声还有另一个优势,即还能改善低频PSR。图2中的R1、R3和C1形成超前-滞后网络,其零点大致在1/(R1 × C1)处,极点大致在1/(R3 × C1)处。超前-滞后网络为补偿环路提供正馈功能,因此能改善PSR。对于低于闭环增益和开环增益融合的频率而言,若改善的量以dB表示,则数值约为20 × log(1 + R1/R3)。

图5显示降噪网络对可调节输出LDOADP7102所产生的影响。若输出为9 V,则R1=64 kΩ、R2= 10 kΩ、R3 = 1 kΩ、C1 = 1 μF。R1和C1在大约2.5 Hz时建立的零点证明10 Hz以上PSRR得到了改善。在100 Hz至1 kHz范围内,总PSRR增加约17 dB。改善情况直到约20 kHz处才有所下降;在该处,开环增益和闭环增益融合。


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 楼主| 发表于 2016-5-27 09:35:40 | 显示全部楼层

瞬态负载改善

降噪网络还能改善LDO的瞬态负载响应。同样,R1、R3和C1执行补偿环路的前馈功能。负载瞬态的高频分量——由未经衰减的误差放大器检测——允许误差放大器快速响应负载瞬态。图6显示使用与不使用降噪网络时的ADP125负载瞬态响应情况。使用降噪网络后,LDO能在50μs内响应负载瞬态,而不使用降噪网络时为500 μs
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