如何測量線性穩(wěn)壓器的輸出電壓噪聲頻譜與改善方法

線性穩(wěn)壓器提供簡單的無開關(guān)DC / DC轉(zhuǎn)換器解決方案，具有低元件數(shù)，小尺寸解決方案和低輸出電壓噪聲。這些屬性使它們非常適合具有電源噪聲限制，電路板空間有限且不喜歡磁性的應(yīng)用。應(yīng)用很多，包括高壓和低壓系統(tǒng)，需要毫安的負載和需要安培的負載，以及介于兩者之間的所有內(nèi)容。

客戶在選擇組件時具有特定的感興趣頻段，具體取決于應(yīng)用或系統(tǒng)。低頻0.1Hz至10Hz頻帶通常對使用線性穩(wěn)壓器的人來說不太感興趣。相反，該頻帶是儀器產(chǎn)品中電壓參考的用戶感興趣的。下一個頻段是10Hz到10kHz。對此頻段感興趣的客戶通常需要與音頻設(shè)備和音頻頻率相關(guān)的需求。下一個頻段是10Hz到100kHz范圍。 100kHz的上限在某種程度上是任意的，并且基于歷史開關(guān)調(diào)節(jié)器頻率。此外，許多應(yīng)用的系統(tǒng)帶寬都在此范圍內(nèi)。最后，有些客戶對高達1MHz及以上的噪聲感興趣;然而，這只是客戶的一小部分。在這些頻率下，噪聲測量將略高于100kHz數(shù)，因為在這些較高頻率下，LDO工作在其單位增益帶寬點之外，因此LDO不會增加噪聲，而是衰減高頻率噪聲。

為了更好地滿足客戶在整個感興趣頻段設(shè)計和理解噪聲性能的需求，凌力爾特公司規(guī)定了10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)的線性穩(wěn)壓器輸出電壓噪聲頻譜密度。由于噪聲集成在該頻段上，因此該值可準確表示工程師可從設(shè)備獲得的噪聲性能。然而，一些競爭對手在降低的頻率范圍內(nèi)指定輸出電壓噪聲密度，以使其電壓噪聲頻譜密度看起來比實際更好。

即使在更寬的頻率范圍內(nèi)進行測試，凌力爾特公司也是如此提供的噪音值通常低于或低于我們的競爭對手。我們的下限頻率限制為10Hz;一些競爭者指定100Hz至500Hz的下限。其中一個原因是許多競爭對手的LDO建立在精細幾何CMOS或BiCMOS工藝的基礎(chǔ)上，其中工藝的1 / f角偏高;指定它們從10Hz到100kHz的噪聲將要求它們給出更高的數(shù)字。許多凌力爾特公司的線性穩(wěn)壓器采用雙極性工藝，通常具有較低的1 / f噪聲性能。

線性穩(wěn)壓器輸出電壓噪聲改善

與切換器不同，線性穩(wěn)壓器沒有開關(guān)噪聲。除了工藝，線性穩(wěn)壓器輸出電壓噪聲來自兩個主要來源：參考電壓和誤差放大器。

下圖顯示了LT1963A 1.5A LDO線性的中頻（10Hz至100kHz）噪聲調(diào)節(jié)器。請注意，峰峰值噪聲約為2.6格或260μV。假設(shè)高斯白噪聲，RMS噪聲約為峰峰值噪聲的1/6，在這種情況下為43μV，該值非常接近40μVRMS噪聲數(shù)據(jù)表值。

降低輸出電壓噪聲的一種方法是使用線性穩(wěn)壓器，允許外部旁路內(nèi)部參考電壓。凌力爾特公司擁有多個具有此功能的線性穩(wěn)壓器。下圖顯示了增加參考旁路電容的大小如何有效降低LT3062的輸出電壓噪聲。

為了降低誤差放大器產(chǎn)生的噪聲，可以降低誤差放大器控制環(huán)路的增益。這是通過改變反饋電阻來實現(xiàn)的，因此R2：R1的比率會降低。在以下LT3062數(shù)據(jù)表中可以看到這方面的一個例子。請注意，輸出噪聲隨著V OUT 的減小而降低。

不幸的是，設(shè)計人員不能總是改變輸出電壓值以降低噪聲。另一種降噪技術(shù)包括在上反饋電阻上增加一個前饋電容。這降低了環(huán)路的AC增益，從而衰減了高頻噪聲。對于高于1MHz的頻率，控制環(huán)路增益低于1，因此噪聲將衰減而不是增益。

要考慮的最后一個低噪聲線性穩(wěn)壓器系列是電流源參考線性穩(wěn)壓器如1.2V至36V輸入，1.5A輸出LT3081。該系列使用電流源和外部電阻來產(chǎn)生參考電壓而不是電壓參考，從而在頻率上產(chǎn)生恒定的輸出電壓噪聲頻譜密度。

是否選擇電壓參考LDO或電流源LDO，凌力爾特公司擁有一系列低輸出電壓噪聲線性穩(wěn)壓器，適用于低噪聲應(yīng)用。這些器件的額定頻率范圍為10Hz至100kHz，輸出電壓噪聲頻譜密度值低至20μV/√ Hz 。