如何为噪声敏感型应用选择一款线性稳压器

噪声敏感型应用要求一种内部噪声低且能够抑制电源噪声的电源。这些应用包括测试与测量应用、医疗设备、通信设备、基站等等。低噪声电源用于驱动信号链，包括数据转换器、放大器、时钟、抖动消除器、PLL、模拟前端以及众多其它器件。对于保持信号精确度和完整性而言，低噪声电源解决方案是一种基本要求。本文为您介绍在电源解决方案等设计过程中需要考虑的一些标准和参数，包括选择线性稳压器所需的一些重要规范。

术语“电源纹波抑制”（PSRR）和“线性稳压器”通常一起使用。线性稳压器的高纹波抑制性让其成为电源解决方案不可获缺的重要组成部分。PSRR是一种计量标准，它表明稳压器对某个电路进行滤波的好坏程度。稳压器对各种频率下来自电源输入端的噪声或者纹波进行抑制。在低压降稳压器（LDO）和线性稳压器中，PSRR是衡量某个频率范围输出纹波对比输入纹波的一种计量标准。

由于PSRR以纹波抑制度计算，因此它是一个负数。但是，在数据表中它表示为一个正数，数值越大表示噪声抑制度越高。它的数学表示方法如下：



线性稳压器的PSRR可被划分为三个频率范围区域。第一个区域从DC到转降频率。该区域内的纹波抑制度基本由开环路增益和带隙基准主导。第二个区域从转降频率延伸到单位增益频率。该区域内的PSRR常常高于第一个区域，并且主要由稳压器的开环路增益主导。第三个区域的频率范围高于单位增益频率。输出电容器以及线性稳压器的寄生现象（在VIN到VOUT通路中）主导该区域。因此，选定输出电容器及其等效串联电阻的值非常重要。在任何数据表中都说明了这一点。

除VIN，VOUT和系统负载要求外，一名工程师还需要知道系统或者电源中纹波和噪声的频率范围，以遍在该频率范围内选择一些具有良好PSRR的线性稳压器。例如，在2MHz频率下进行开关操作的某个开关，可能要求一个在约2MHz下具有较高PSRR的线性稳压器。图1表明，2MHz下线性稳压器的PSRR约为55dB，其可帮助消除输入噪声。另外，在对稳压器数据表中PSRR图进行评估时，需时钟注意测得该PSRR的压差。高压差可带来更好的PSRR，但却降低了器件的效率。



图2显示了送至一个线性稳压器的开关式稳压器的频谱噪声。我们可以看到，该开关工作在500kHz 下。图3显示了TI TPS7A4700 线性稳压器的输出能谱。500kHz 下开关引起的尖峰被削弱。如果电源解决方案并非为高PSRR 线性稳压器噪声抑制而设计，则尖峰可能出现在RF 压控振荡器的扇出，其在混频后会影响PA 性能。这种尖峰还可能会向后折叠进入音频带，并在音频应用中形成噪声。





通常，噪声和PSRR 参数都会在线性稳压器的数据表中集中说明，这很容易引起困惑，因为噪声和PSRR 是两种非常不同的特性。噪声完全是一种物理现象，其在一种非常基本的层面伴随线性稳压器内部晶体管和电阻器出现。这种噪声可能包括热、闪烁和散粒噪声。噪声通常以一条曲线表示，它表明频谱噪声密度（）与频率的对比关系（图4）。噪声还可以表示为综合输出噪声（μVRMS），其在数据表的电气特性表格下面列出（图5）。输出噪声（μVRMS ）某个频率范围的频谱噪声密度，可被看作是规定频率范围的总噪声。





很明显，接下来的问题是，工程师应用研究频谱噪声密度还是综合输出噪声，又或者两者一起研究呢。问题的答案完全取决于工程师的应用。例如，在RF 应用中，(-)信号对频率没有任何依赖度，因此研究线性稳压器的频谱噪声密度更加合理。但是，在一些噪声将会被系统整合的应用中，例如：DAC 和ADC 驱动，工程师就应该研究线性稳压器的综合输出噪声。

结论

本文讨论了选择线性稳压器时设计工程师需要考虑的一些重要规范。另外，文章还介绍了低噪声应用电源解决方案设计需要考虑的标准和参数。有了这些指导，工程师应能够保持其应用的信号精确度和完整性。