随着通信信道的复杂度和可靠性不断增加,人们对于电信系统的要求和期望也不断提高。这些通信系统高度依赖于高性能、高时钟频率和数据转换器器 件,而这些器件的性能又非常依赖于系统电源轨的质量。当使用一个高噪声电源供电时,时钟或者转换器 IC 无法达到最高性能。仅仅只是少量的电源噪声,便会对性能产生极大的负面影响。本文将对一种基本 LDO 拓扑进行仔细研究,找出其主要噪声源,并给出最小化其输出噪声的一些方法。
表明电源品质的一个关键参数是其噪声输出,它常见的参考值为 RMS 噪声测量或者频谱噪声密度。为了获得最低 RMS 噪声或者最佳频谱噪声特性,线性电压稳压器(例如:低压降电压稳压器,LDO),始终比开关式稳压器有优势。这让其成为噪声敏感型应用的选择。
基本 LDO 拓扑
一个简单的线性电压稳压器包含一个基本控制环路,其负反馈与内部参考比较,以提供恒定电压—与输入电压、温度或者负载电流的变化或者扰动无关。
图 1 显示了一个 LDO 稳压器的基本结构图。红色箭头表示负反馈信号通路。输出电压 VOUT 通过反馈电阻 R1 和 R2 分压,以提供反馈电压 VFB。VFB 与误差放大器负输入端的参考电压 VREF 比较,提供栅极驱动电压 VGATE。最后,误差信号驱动输出晶体管 NFET,以对 VOUT 进行调节。
图 1 LDO 负反馈环路
简单噪声分析以图 2 作为开始。蓝色箭头表示由常见放大器差异代表的环路子集(电压跟随器或者功率缓冲器)。这种电压跟随器电路迫使 VOUT 跟随 VREF。VFB 为误差信号,其参考 VREF。在稳定状态下,VOUT 大于 VREF,其如方程式 1 所描述:
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