Fonte: EETOP TI comunidade Autor: Texas Instruments Aaron Paxton

LDO básico: ruído (1)

Numa LDO Basics Bowen, eu discutido a tensão de ondulação usando regulador baixa de desistência (LDO) filtrada pelo condutor de alimentação de alimentação de modo comutada. No entanto, esta não é a coisa para obter a purificação DC poder única consideração. Porque a LDO é um dispositivo electrónico, que se vai gerar uma certa quantidade de ruído. LDO seleccionado baixo ruído e tomar medidas para reduzir o ruído interno, as medidas são carris integrais de fornecimento de purga podem ser formadas sem comprometer o desempenho do sistema.

ruído reconhecimento

LDO inclui, preferivelmente, nenhum elemento do trilho de tensão alternada. LDO desvantagem é que o corpo irá gerar o mesmo ruído e outros dispositivos electrónicos. A Figura 1 mostra que o ruído aparece no domínio do tempo.

Figura 1: ruído de saída de potência de ruído instantâneos

Analisados no domínio do tempo é difícil. Portanto, existem duas formas principais de ruído de teste: em todo o espectro, e como um valor integrado. Você pode usar as ferramentas de análise de espectro para identificar os vários componentes AC saída linhas LDO. (Relatório de aplicação, "Como medir o ruído LDO," introduz uma riqueza de conhecimentos de medição de ruído). Figura 2 lotes do ruído de saída 1A do baixo ruído LDO TPS7A91.

FIG 2: TPS7A91 densidade espectral de ruído versus frequência e VOUT

Como se pode ver a partir das várias curvas como ruído de saída (por raiz hertz representado) estão concentrados na extremidade baixa do espectro. A maior parte do ruído vem da tensão interna de referência, e um erro amplificador FET e o divisor resistor.

Análise em todo o espectro do ruído de saída, o ruído pode nos ajudar a determinar a faixa de curva de ruído de interesse. Por exemplo, aplicações de áudio designers estão muito preocupados com o ouvido humano pode ouvir frequências (20Hz a 20kHz) e ruído fonte de alimentação pode causar declínio na qualidade do som.

Ao fazer uma comparação entre o dispositivo da Apple, a tabela de dados é normalmente fornecido por um único, valor do ruído integrado. O ruído é tipicamente de saída integrado ruído 10 Hz a 100 kHz, expressa em microvolts rms (VRMS). (Os fabricantes também o ruído de 100Hz a 100kHz integrado ou faixa de frequência personalizada integrado de ruído. Sinteticamente com base no intervalo de frequência seleccionada, desagradável ruído para ajudar a mascarar as propriedades, portanto, além de verificar o valor integrado curva de ruído é importante.) a Figura 2 mostra o valor de ruído integrada correspondente a cada curva. série Texas Instruments LDO de valores de ruído de alimentação integrada tão baixo como 3.8VRMS.

Redução de ruído

Além da qualidade do seleto LDO baixo ruído, você pode usar várias técnicas para garantir que o seu LDO tem os menores características de ruído. Essas técnicas incluem o uso de redução de ruído e o capacitor feedforward. Vou explorar o uso de capacitor feed-forward antes do próximo post.

condensador de redução de ruído

Muitos de TI tem uma série LDO baixo ruído dedicado como "NR / SS" alfinetes dedicados, como mostrado na FIG.

Figura 3: um pino NMOS LDO NR / SS

O pino tem duas funções: ele é utilizado para ruído do filtro da tensão de referência interno, e reduzir o processo de arranque é activado ou LDO taxa de variação.

Adição de um condensador para o pino (CNR / SS), e formar um filtro RC tendo uma resistência interna, contribui para a tensão de referência gerado pelo ruído indesejado do shunt. Uma vez que a tensão de referência é a principal fonte de ruído, o corte de frequências aumenta a capacitância pode empurrar o lado esquerdo do filtro passa-baixo. A Figura 4 mostra os resultados do efeito do ruído sobre o condensador de saída.

FIG 4: TPS7A91 ruído espectral de frequência versus densidade e CNR / SS

4, uma maior valores CNR / SS produzir melhor valor de ruído. Depois de atingir um certo ponto, aumentar ainda mais o valor de capacitância não é mais possível para reduzir o ruído. Os restantes ruído do amplificador de erro FET e similares.

Formando um condensador resistência capacitância também aumenta o período de atraso arranca, o que fará com que a tensão de saída aumenta a um ritmo inferior. Quando a carga de saída ou de um condensador de grande capacidade ocorreu, seria útil para reduzir a corrente de arranque.

Equação uma corrente de partida é igual a:

Para reduzir a corrente de partida, você deve reduzir a capacitância de saída ou diminuindo a taxa de variação. Felizmente, CNR / SS vai permitir que esta última, como se mostra na Fig. 5 TPS7A85.

FIG 5: TPS7A85 iniciar vs CNR / SS

Como você pode ver, aumentando os valores CNR / SS demorar mais tempo a iniciar, pico começando situação atual e o gatilho potencial valor atual atinge o limite ser impedida de ocorrer.

resumo

Low Noise poder LDO DC é fundamental para garantir a purificação. LDO e utilização racional de selecionar as propriedades de um baixo nível de ruído não pode ser ignorado, de modo a proteger tanto quanto possível saída de purificação. Use NR / SS capacitor tem duas vantagens: Ela ajuda a controlar a taxa de pântano e referência filtragem de ruído. Para saber mais sobre idéias LDO, ver outra base blogue LDO na série.

Basics LDO: ruído (2)

Ruído - Parte 1, eu discutido como para reduzir o ruído e controlar a taxa de saída da série é uma tensão de referência (CNR / SS) um condensador em paralelo. Neste post, vou discutir uma outra maneira para reduzir o ruído de saída: capacitor feedforward (CFF) antes do uso.

O que é um capacitor feed-forward?

É um recipiente opcional realimentação condensador de topo, a metade superior da resistência em paralelo com o divisor resistivo, tal como mostrado na FIG.

Figura 1: condensador de realimentação NMOS regulador baixa de desistência (LDO)

condensador de redução de ruído (CNR / SS) De modo semelhante, o condensador possuindo uma pluralidade de alimentação antes de adicionar efeito. A redução de ruído principal é ainda mais a estabilidade melhorada que compreende, em resposta à carga e da fonte de alimentação razão de rejeição (PSRR). ( "Feedforward desvantagens de condensadores de baixa regulador de tensão abandono antes da utilização," Application Report discussão destes benefícios detalhado.) É de notar que condensador de realimentação antes usando apenas ser utilizados quando o LDO pode ser ajustado, porque a rede de resistências externo.

Redução de ruído

Pode ser ajustada utilizando o amplificador de erro LDO e o amplificador de erro usa uma rede de resistências (R1 e R2) para aumentar o ganho de tensão de referência para accionar a porta do FET, o qual é muito semelhante ao do amplificador não-inversora. tensão de referência DC vai aumentar? ? ? Times. No entanto, tendo em conta a largura de banda do amplificador de erro, você também pode contar com alguns de tensão de referência AC elementos de função de amplificação.

Através da metade superior de um resistor divisor de capacitor resistor shunt, você introduzir um shunt para uma faixa de freqüência particular. Em outras palavras, vocês são os componentes AC dentro da faixa de frequência que contribuem para o ganho de unidade, então R1 simular um curto-circuito. (Tenha em mente que as propriedades de impedância do capacitor usado para determinar se a faixa de freqüência.) Mostrada na Fig. 2, você pode ver que o uso de diferentes valores CFF, TPS7A91 efeito diminuir o ruído.

FIG 2: TPS7A91 valores de frequência de ruído e comparada CFF

Metade de um capacitor 100nF através do resistor em paralelo a um divisor resistor, o ruído pode ser reduzido de 9VRMS 4.9VRMS.

Melhorar a estabilidade e resposta transitória

Adicionar um CFF também introduz zero (ZFF) e pólos (PFF) é um loop de feedback LDO, são calculados, consulte equações 1 e 2:

ZFF = 1 / (2 x x x R1 CFF) (1)

PFF = 1 / (2 x x R1 R2 // x CFF) (2)

Antes de atingir a frequência de ganho unitário do ponto zero é formada, a margem de fase pode ser melhorada, como mostrado na FIG.

Ganho / diagrama de fases de um LDO típica usando uma compensação para a frente só se alimentam: Figura 3

Você pode ver que, se não houver ZFF, terá lugar com antecedência sobre ganho unitário de cerca de 200kHz. Ao adicionar zero, move-se a unidade de freqüência ganho para a direita um pouco (~ 300 kHz), mas a margem aumenta de fase. Desde PFF localizado à direita da freqüência de ganho unitário, de modo que a margem de fase do impacto é mínimo.

Na melhoria da carga LDO de resposta transitória, você verá uma margem de aumento fase significativa. Depois de aumentar a margem de fase, a saída LDO e a diminuição da oscilação é mais rápido e estável.

melhorar PSRR

Dependendo da pole e configuração zero, você pode também ganho engenhosa reduzir a deriva. A Figura 3 mostra o efeito sobre o ganho de zero desde o início do declínio de 100kHz. Ao aumentar o ganho na banda, você também vai melhorar a resposta da malha da banda. Isto irá melhorar a faixa de freqüência PSRR específico. Ver Figura 4.

Figura 4: os valores de frequência vs TPS7A8300 PSRR e CFF

Como mostrado, o valor da capacitância aumenta CFF, zero será empurrado para a esquerda. rendimento nascimento melhor PSRR resposta de circuito e a gama de frequências inferior correspondente.

Claro, você deve selecionar o valor CFF apropriado e adicionar zeros e pólos ZFF PFF, de modo a não causar instabilidade. CFF para cumprir com os limites acima indicados neste quadro de dados, pode ser impedida de ser situação instável. CFF valores grande capacitância pode causar outros problemas descritos no relatório de aplicação anterior.

A Tabela 1 apresenta as regras de ouro sobre como CNR e CFF ruído.

Tabela 1: CNR e CFF frequência vs

conclusão

Tal como aqui discutido, pode adicionar um condensador de redução de ruído de alimentação para a frente, uma estabilidade melhorada, e em resposta a PSRR carga. Claro, você deve selecionar cuidadosamente o capacitor para manter a estabilidade. Se capacitor de redução de ruído, o desempenho AC irá melhorar significativamente. Você precisa manter em mente estas são algumas maneiras para poder otimizar a oferta.

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