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LDO带周期变化电流负载的振荡问题

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HI  everyone 现在 我由LDO的输出供给2.4G VCO作为电源电压,发现LDO的输出有大约6个毫伏的振荡,振荡频率大约是VCO频率的两倍。6个毫伏虽小,但是对phase noise影响很大,使得VCO phase noise下降了大约20DB。 我分析 可能是由于对VCO这个负载,其电流是周期振荡的,振荡周期大约是VCO振荡频率的两倍。这样,使得LDO负载电流会随着VCO的电流而周期变化,这个变化实在太快(0.2nS左右),LDO稳定时间肯定(一般需要几百纳秒到几个微妙)跟不上,于是LDO的输出电压发生了持续振荡。 不知对否?有什么好的策略来解决?

LDO带上VCO以后的仿真波形

Re
你所述分析是正确的,除了增加你ldo的带宽(功耗代价极大,不可取)外,增加输出电容是最好的办法。因为2.4Ghz的纹波,绝对不是ldo环路不稳定造成,而仅仅是高频负载的瞬态交流负载对电容的冲放电引起。

纹波大不是问题,导致vco的输出相位噪声差应该有两个因素:一个是LDO输出的噪声,另一个是VCO的压控增益,这两个结合导致的噪声差。降低kv,或者用超大电容在ldo输出滤除噪声,就应该不会恶化这么多了,你可以试试

谢谢  我这个是全集成capacitor-less LDO,它的特点是输出没有大电容。因此还得想其他的办法。

LDO本身的输出噪声不会对VCO产生很大的影响,SCI有人证明在0.2DB以内。虽然我这个是全集成capacitor-less LDO, 我还是加了输出大电容做了尝试,在保持裕度的前提下,phase noise同样下降了20DB

输出电容多大?esr多大?

呵呵 前面不是说了
是capacitor-less  LDO  没有输出电容和ESR

如果诚如你所说的,加LDO仿真VCO比单仿VCO相噪恶化20dB,那么看一下噪声贡献是不是主要来自于LDO?
如果是,那就表明是LDO引入的噪声,通过交叉耦合管源极到输出波形的AM-PM转换所致,如果LDO输出噪声很低,那你的AM-PM转换增益就很大,否则就是LDO噪声本身就很大,总之是两者共同作用导致的。
如果LDO噪声占输出主导,你可以仿真LDO输出到VCO输出的AM-PM转换增益,然后乘以LDO自己的输出噪声,就会得到输出的相噪值

非常感谢  正是焦头烂额的时候。
我想请教你所说的:仿真LDO输出到VCO输出的AM-PM转换增益,然后乘以LDO自己的输出噪声,就会得到输出的相噪值
怎么进行这个仿真---怎么搭建接线,用什么仿真,怎么设置仿真
& Q! w, j2 I5 {+ m  g9 g% N2 d  `. o- U  j6 |. R+ D


你好 在LDO VCO联合系统里面,我通过noise仿真【设置input noise为LDO供电电源,output noise为vco的输出】,查看noise summary,发现排在前面的大部分的噪声都来自
LDO。  这是否就是恶化VCO噪声的原因呢?
可是我看SCI上说LDO对phase noise的影响小于0.2DBC/HZ 几乎可以忽略不计。

另外 通过pss pnoise仿真也可以查看noise summary,这和上面的noise summary 有很大差别,但是表明主要的贡献还是来自LDO内部的管子。
应该怎么处理呢?

这种LDO用在VCO中合适吗?你说的恶化噪声主要是在频偏多大范围呢?VCO的LDO必须做成Low Noise,所以它的功耗以及尺寸都不能太小。对于LDO来说,它的输出噪声直接加在了VCO的电流源上,所以它对VCO的噪声影响类似尾电流源对VCO的噪声影响,所以flicker noise和二次谐波附近的噪声都会恶化VCO的相噪声。
所以首先要减小LDO的噪声,一般VCO的LDO中都有大电容滤掉噪声,然后减小VCO的Kvco值,以减小LDO的flicker noise影响。

你在LDO的输出加了大电容,仿真相噪还是没有改善,这个说不过去啊?
另外你的LDO的输出噪声做到多少呢?

我估计是LDO中flicker noise的影响。

嗯,flicker noise很难滤除,会通过AM-PM上变频到载波附近形成close-in phase noise
可以试着把大电容继续加大,看看大到多少相噪才会有改善?

正解。对于同样的kv,AM-PM的增益会随着频率的升高而增大,比如对于50MHz/v的kv,频率在2.4GHz,你的ldo的noise要在-155dB以下,噪底要在-170以下,否则我估计会在整个offset内都对vco噪声有很大影响。
当然,你可以用很大的电容滤波,要超大的,比如1000uF,这会滤除ldo输出noise在-200dB以下,但是AM-PM增益不会变。只是噪声下去了,贡献自然就下去了

非常感谢genny 和kool rfic08我回头再调试调试,再来汇报 请你们指点

单独仿真LDO的输出噪声是  38 u V rms @22---22Khz 最大量的贡献来自MOS管。 我加大MOS WL值,这一噪声明显下降,不过带上vco后,phase noise也没有什么提高。
单独仿真LDO的输出噪声是 100.89 u V rms @10---1Mhz 最大量的贡献来自60K 100K 的两个LDO电阻,这一电阻就不好改变了。

AM-PM

对于低噪声的LDO设计,大家觉得设计最关键的是什么?怎么降低噪声?
另外 如果设计好了低噪声LDO ,真的能否解决前面的那个20DBC/HZ的phase noise差距吗?

低噪声而且高PSR的LDO

好的,学习学习

学习了

你的bandgap噪声够低么?

always a good topic for us to study more !

呵呵 也出现了你说的问题  第一 确保你的bandgap是低噪声的 如果你的bandgap不是低噪的话 在其输出加大电容 或许要在片外加  形成低通滤波  第二 你看了noise summary 发现时ldo的问题  那么务必增加EA第一级宽长积 可以减小1/f噪声    第二 增大第一级输入管的gm(减小其过驱动电压,减到100mv) 减小第一级负载管的gm (减小其宽长比) 第三 从你表述上看fb res 在1M频偏 映入了噪声比较多 那就适量减小一些 但是会增大静态电流  如果效果还是不明显 那就做成两级ldo的形式 将fb res 移到第一级ldo的输出  这样第二级ldo可以接成单位增益的形式(不需要fb res)

学习学习。

学习学习

maybe also the error amplifier needs to be low noise.

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