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德州仪器:LDO基础知识:噪声 – 第1部分

北京2018年12月31日电 /美通社/ — 近日,德州仪器 Aaron Paxton 发布了一篇标题为《LDO基础知识:噪声 – 第1部分》的博文。以下是文章全文:

在一篇 LDO 基础知识博文中,我讨论了使用低压差稳压器 (LDO) 过滤因开关模式电源导致的纹波电压。然而,这不是获得净化直流电源唯一要考虑的事情。因为 LDO 是电子设备,它们自身也会生成一定数量的噪声。选择使用低噪声 LDO 和采取步骤减少内部噪声,都可以在不损害系统性能的同时形成净化电源轨的不可分割的措施。

识别噪声

理想的 LDO 具备没有交流元件的电压轨。但缺点在于 LDO 会和其他电子设备一样生成本体噪声。图 1 显示了这种噪声在时间域中的表现。

在时间域中进行分析是困难的。因此,有两个主要方法来检验噪声:跨越整个频谱,和作为综合值。

您可以使用频谱分析工具来识别 LDO 输出线路中的各种交流元件。(应用报告,“如何测量 LDO 噪声介绍了丰富的噪声测量知识。) 图 2 绘制了1A低噪声 LDO TPS7A91 的输出噪声。

如您从各种曲线看到的那样,输出噪声(以每平方根赫兹 [µV/ Hz] 来表示)集中在频谱低端。该噪声大部分出自内部参考电压,以及误差放大器 FET 和电阻分压器。

分析跨越整个频谱的输出噪声,能帮助我们确定感兴趣噪声范围的噪声曲线。例如,音响应用设计师很关注人耳可闻频率(20Hz 到 20kHz),而电源噪声可能使声音品质下降。

在进行苹果设备之间的比较时,数据表通常提供的是单一、综合噪声值。输出噪声一般是综合 10Hz 到 100kHz 的噪声,用微伏均方根 (µVRMS) 表示。(各厂商还将综合来自 100Hz 到 100kHz 的噪声,或者综合来自自定义频率范围的噪声。基于所选频率范围进行综合,有助屏蔽不讨人喜欢的噪音属性,因此,检查除综合值外的噪声曲线很重要。)图 2 显示了对应各曲线的综合噪声值。德州仪器供应的 LDO 系列综合噪声值低至3.8µVRMS

降噪

除选择低噪声质量的 LDO 外,您还可以采用几种技术来确保您的 LDO 具有最低噪声特性。这些技术包括使用降噪和前馈电容器。我将在下一篇博文中探讨使用前馈电容器。

降噪电容器

TI 的许多低噪声 LDO 系列都具有专门用作“NR/SS”的专用引脚,如图 3 所示。

图片来源于德州仪器

该引脚的功能有两个:它用于过滤来自内部参考电压的噪声,及降低启动过程中的压摆率或启用LDO。

为该引脚添加一个电容器 (CNR/SS),就可以形成具有内部电阻的 RC 滤波器,有助于把由参考电压生成的无用噪声分流。由于参考电压是噪声的主要来源,增加电容可推送左侧低通滤波器的截止频率。图 4 显示了该电容器对输出噪声的作用结果。

如图 4 所示,更高的 CNR/SS 值会产生更理想的噪声值。当达到某个点后,再增加电容值也不再能够降低噪声。其余噪声来自误差放大器和FET等。

增加电容器还在启动期间形成了电阻电容延迟,这将使输出电压以较低速率上升。当输出或负荷中出现了大容量电容,有益的做法是降低启动电流。

等式 1 中启动电流等于:

图片来源于德州仪器

为降低启动电流,您必须减小输出电容或降低压摆率。幸好,CNR/SS 有助实现后者,如图 5 TPS7A85 所示。

图片来源于德州仪器

如您所见,增加 CNR/SS 值会延长启动时间,可防止出现尖峰启动电流和潜在可能触发电流值达到极限的情况。

概要

低噪声 LDO 对于确保净化直流电源至关重要。选择具有低噪声属性的 LDO 和合理利用都不容忽视,这样才能保障尽量净化的输出。使用 NR/SS 电容器有两个优点:它可帮助您控制压摆率和过滤参考噪声。欲更多了解有关 LDO 的见解,请参阅 LDO 基础系列中的其他博文。

其他资源:

  • 阅读 LDO 基础知识:噪声 – 第2部分
  • 下载普遍应用于工业、个人电子设备、通信设备和汽车等应用的 LDO 和线性稳压器的快速参考指南。
  • 观看视频,“净化您的电源:使用低噪声LDO”,探秘TI超低噪声 LDO 解决方案如何能够轻松高效地为最灵敏的负荷供电。

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