噪聲敏感型應(yīng)用設(shè)計(jì)的電源解決方案

噪聲敏感型應(yīng)用要求一種內(nèi)部噪聲低且能夠抑制電源噪聲的電源。這些應(yīng)用包括測(cè)試與測(cè)量應(yīng)用、醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備、基站等等。低噪聲電源用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)鏈，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、放大器、時(shí)鐘、抖動(dòng)消除器、PLL、模擬前端以及眾多其它器件。對(duì)于保持信號(hào)精確度和完整性而言，低噪聲電源解決方案是一種基本要求。本文為您介紹在電源解決方案等設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的一些標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，包括選擇線性穩(wěn)壓器所需的一些重要規(guī)范。

術(shù)語(yǔ)“電源紋波抑制”（PSRR）和“線性穩(wěn)壓器”通常一起使用。線性穩(wěn)壓器的高紋波抑制性讓其成為電源解決方案不可獲缺的重要組成部分。PSRR是一種計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，它表明穩(wěn)壓器對(duì)某個(gè)電路進(jìn)行濾波的好壞程度。穩(wěn)壓器對(duì)各種頻率下來(lái)自電源輸入端的噪聲或者紋波進(jìn)行抑制。在低壓降穩(wěn)壓器（LDO）和線性穩(wěn)壓器中，PSRR是衡量某個(gè)頻率范圍輸出紋波對(duì)比輸入紋波的一種計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

由于PSRR以紋波抑制度計(jì)算，因此它是一個(gè)負(fù)數(shù)。但是，在數(shù)據(jù)表中它表示為一個(gè)正數(shù)，數(shù)值越大表示噪聲抑制度越高。它的數(shù)學(xué)表示方法如下：

線性穩(wěn)壓器的PSRR可被劃分為三個(gè)頻率范圍區(qū)域。第一個(gè)區(qū)域從DC到轉(zhuǎn)降頻率。該區(qū)域內(nèi)的紋波抑制度基本由開環(huán)路增益和帶隙基準(zhǔn)主導(dǎo)。第二個(gè)區(qū)域從轉(zhuǎn)降頻率延伸到單位增益頻率。該區(qū)域內(nèi)的PSRR常常高于第一個(gè)區(qū)域，并且主要由穩(wěn)壓器的開環(huán)路增益主導(dǎo)。第三個(gè)區(qū)域的頻率范圍高于單位增益頻率。輸出電容器以及線性穩(wěn)壓器的寄生現(xiàn)象（在VIN到VOUT通路中）主導(dǎo)該區(qū)域。因此，選定輸出電容器及其等效串聯(lián)電阻的值非常重要。在任何數(shù)據(jù)表中都說(shuō)明了這一點(diǎn)。

除VIN，VOUT和系統(tǒng)負(fù)載要求外，一名工程師還需要知道系統(tǒng)或者電源中紋波和噪聲的頻率范圍，以遍在該頻率范圍內(nèi)選擇一些具有良好PSRR的線性穩(wěn)壓器。例如，在2MHz頻率下進(jìn)行開關(guān)操作的某個(gè)開關(guān)，可能要求一個(gè)在約2MHz下具有較高PSRR的線性穩(wěn)壓器。圖1表明，2MHz下線性穩(wěn)壓器的PSRR約為55dB，其可幫助消除輸入噪聲。另外，在對(duì)穩(wěn)壓器數(shù)據(jù)表中PSRR圖進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需時(shí)鐘注意測(cè)得該P(yáng)SRR的壓差。高壓差可帶來(lái)更好的PSRR，但卻降低了器件的效率。

圖2顯示了送至一個(gè)線性穩(wěn)壓器的開關(guān)式穩(wěn)壓器的頻譜噪聲。我們可以看到，該開關(guān)工作在500kHz 下。圖3顯示了TI TPS7A4700 線性穩(wěn)壓器的輸出能譜。500kHz 下開關(guān)引起的尖峰被削弱。如果電源解決方案并非為高PSRR 線性穩(wěn)壓器噪聲抑制而設(shè)計(jì)，則尖峰可能出現(xiàn)在RF 壓控振蕩器的扇出，其在混頻后會(huì)影響PA 性能。這種尖峰還可能會(huì)向后折疊進(jìn)入音頻帶，并在音頻應(yīng)用中形成噪聲。

通常，噪聲和PSRR 參數(shù)都會(huì)在線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)表中集中說(shuō)明，這很容易引起困惑，因?yàn)樵肼暫蚉SRR 是兩種非常不同的特性。噪聲完全是一種物理現(xiàn)象，其在一種非常基本的層面伴隨線性穩(wěn)壓器內(nèi)部晶體管和電阻器出現(xiàn)。這種噪聲可能包括熱、閃爍和散粒噪聲。噪聲通常以一條曲線表示，它表明頻譜噪聲密度（）與頻率的對(duì)比關(guān)系（圖4）。噪聲還可以表示為綜合輸出噪聲（μVRMS），其在數(shù)據(jù)表的電氣特性表格下面列出（圖5）。輸出噪聲（μVRMS ）某個(gè)頻率范圍的頻譜噪聲密度，可被看作是規(guī)定頻率范圍的總噪聲。

很明顯，接下來(lái)的問(wèn)題是，工程師應(yīng)用研究頻譜噪聲密度還是綜合輸出噪聲，又或者兩者一起研究呢。問(wèn)題的答案完全取決于工程師的應(yīng)用。例如，在RF 應(yīng)用中，（-）信號(hào)對(duì)頻率沒有任何依賴度，因此研究線性穩(wěn)壓器的頻譜噪聲密度更加合理。但是，在一些噪聲將會(huì)被系統(tǒng)整合的應(yīng)用中，例如：DAC 和ADC 驅(qū)動(dòng)，工程師就應(yīng)該研究線性穩(wěn)壓器的綜合輸出噪聲。

結(jié)論

本文討論了選擇線性穩(wěn)壓器時(shí)設(shè)計(jì)工程師需要考慮的一些重要規(guī)范。另外，文章還介紹了低噪聲應(yīng)用電源解決方案設(shè)計(jì)需要考慮的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)。有了這些指導(dǎo)，工程師應(yīng)能夠保持其應(yīng)用的信號(hào)精確度和完整性。

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