編者注：在之前的文章中介紹過(guò)，對于電源噪聲敏感度高的電路中，可以使用LDO。那么LDO真的沒(méi)有噪聲嗎？本文轉載自Onsemi，介紹了LDO的基本概念以及LDO噪聲。
低壓降（LDO）穩壓器
穩壓器在想要從不穩定或可變的電源中獲得穩定電源電壓的應用至關(guān)重要。這類(lèi)電源包括逐漸放電式的電池或整流后的交流電壓等。而對開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)生的噪聲或殘留交流紋波較敏感的應用，包括射頻收發(fā)器、Wi-Fi 模塊和光學(xué)圖像傳感器，采用線(xiàn)性穩壓器來(lái)可最大限度地減少整個(gè)系統的錯誤和誤差。
能夠在電源輸入和輸出端之間保持低壓差的線(xiàn)性穩壓器通常稱(chēng)為低壓降（LDO）穩壓器。其基本特點(diǎn)是無(wú)論輸出電流、輸入電壓、熱漂移或工作壽命（老化）如何變化，都能保持恒定的輸出電壓。這些是理想條件，但現實(shí)世界中的情況卻有些不同。由于 LDO 輸出電壓并非絕對穩定，因此主要會(huì )影響以下操作功能：
a）由于有限的控制回路速度，負載電流的快速變化會(huì )導致輸出電壓的變化。有時(shí)內部調節回路無(wú)法對電流的快速變化（由于時(shí)間延遲）作出反應，就會(huì )導致通常約為幾十毫伏（mV）的下沖/過(guò)沖。
b）輸入電壓的快速變化（通常是由 DC-DC 轉換器的輸出電壓紋波引起的）無(wú)法通過(guò)控制回路完全過(guò)濾，于是輸入電壓的變化會(huì )一定程度地反映在輸出電壓中，該參數稱(chēng)為電源抑制比（PSRR），且通常是頻變參數。一些制造商標示的 PSRR 為負數，有些則為正數。一般而言，PSRR 絕對值越高，從輸入到輸出的傳輸干擾信號就越少。通常情況下，受到干擾的輸入電壓會(huì )以 mV 或更低的單位級別傳輸至輸出端。相似地，輸入電壓的快速變化（即“線(xiàn)路瞬態(tài)響應”）可發(fā)生于 LDO 輸出端。
c）半導體結構自身會(huì )產(chǎn)生固有的噪聲，主要是由自由原子與基礎材料晶體結構碰撞而引起。由于固有噪聲是一種半導體中與電流傳導原理相關(guān)的物理現象，因此可以通過(guò)一些技術(shù)來(lái)抑制，但是不可能將其徹底去除�，F代 LDO 的輸出噪聲可以達到數以百計的微伏（uV）甚至更小，但是頂級 LDO 產(chǎn)生的噪聲就會(huì )達到微伏（uV）單位。
d）其他影響還包括輸入電壓的一個(gè)緩慢變化及其對線(xiàn)路調整率的影響、負載電流的一個(gè)緩慢變化及其對負載調整率、導熱系數和長(cháng)期穩定性的影響。
在現實(shí)世界中，必須綜合考量所有這些影響及其作用，以實(shí)現輸出電壓的穩定和精確。因此，有必要仔細考量上述的情況可能關(guān)乎一個(gè)特定應用。例如對于需要最佳圖像質(zhì)量的攝像機應用，LDO 對負載電流變化的動(dòng)態(tài)響應就是最為重要的。當噪聲值低于100 uVrms 且 PSRR 值為常規水平（高于50 dB）時(shí)，對圖像質(zhì)量的影響就微不足道。
什么是LDO噪聲呢？
一般來(lái)說(shuō)，噪聲分為兩類(lèi)，內部噪聲和外部噪聲。
其中，內部噪聲是不可避免的，每個(gè)電子設備都會(huì )產(chǎn)生內部噪聲。LDO由理想的源供電，這意味著(zhù)它不受外界影響，因此在輸入端沒(méi)有外部噪聲（雖然LDO在輸出端確實(shí)有內部噪聲）。
而外部噪聲是由外界影響（輸入處的紋波——實(shí)際源）產(chǎn)生的各種噪聲，輸入波紋與電源抑制比（PSRR）有關(guān)。
另外，還有如熱和閃爍等噪聲的不同類(lèi)別。具體來(lái)說(shuō)，熱噪聲是由粒子的隨機熱運動(dòng)引起的，這種運動(dòng)稱(chēng)為擴散，熱噪聲的存在沒(méi)有外部電壓連接。與之不同的是，閃爍噪聲是由粒子電流的隨機變化引起的，這種運動(dòng)稱(chēng)為漂移。漂移是由外部電壓引起的，這意味著(zhù)沒(méi)有外部電壓就不可能存在閃爍噪聲。
除此之外，噪聲也可按頻譜劃分。我們可以用顏色來(lái)識別特定的噪聲頻譜，例如白色、粉紅色、棕色、灰色等。通過(guò)顏色識別的第一種噪聲是白噪聲，它在整個(gè)頻譜范圍內是平滑的。
那么，我們如何測量噪聲呢？如前所述，內部噪聲是由輸入端有理想源的LDO產(chǎn)生的噪聲。在實(shí)際測量中，這個(gè)理想的源可能是電池，它比LDO穩壓器具有更低的內部噪聲。這種噪聲與頻率有關(guān)，它由一個(gè)參數表示，如頻譜噪聲密度曲線(xiàn)或積分噪聲值（在通常為10 Hz至100 kHz的特定頻率范圍內，輸出噪聲電壓以微伏- uVRMS表示）。
什么是頻譜噪聲密度？如果您及時(shí)測量噪聲，您只能看到噪聲的絕對振幅值，但不能看到所有噪聲屬性的頻率。正如上面的圖片所示，噪聲在x10的范圍內。頻譜噪聲密度曲線(xiàn)是所產(chǎn)生的噪聲之和，每一噪聲都是在窄幅的頻率范圍內測量的，您可在下面的圖片中看到頻譜噪聲密度。
LDO輸出端的噪聲也與負載有關(guān)。負載消耗電流Iout，該電流值等于電阻 RLOAD。與負載相關(guān)的是多個(gè)RLOAD和輸出電容COUT。較高的RLOAD值或較高的 COUT值意味著(zhù)與負載相關(guān)的曲線(xiàn)部分向較低頻率移動(dòng)。在上面的圖片中，您可以看到與IOUT有關(guān)；在下面的圖片中，您可看到與COUT有關(guān)。
|
