《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LDO穩(wěn)壓器PSRR和噪聲在RF電路中的選擇
摘要: LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器,,它具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比(PSRR),。SGM2007高性能低壓差線性穩(wěn)壓器在10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)的輸出噪聲為30 µV(RMS),在 1 kHz 的頻率下電源抑制比(PSRR)高達(dá)73dB,它能夠?yàn)橹T如射頻(RF)接收器和發(fā)送器,、壓控振蕩器(VCO)和音頻放大器等對噪聲敏感的模擬電路的供電提供低噪聲,、電源紋波抑制比(PSRR)和快速瞬態(tài)響應(yīng),,它的使能電路兼容TTL電平適合數(shù)字電路供電,。
關(guān)鍵詞: RF|微波 LDO PSRR 噪聲 RF 基帶處理器
Abstract:
Key words :

  LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器,它具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比(PSRR),。SGM2007高性能低壓差線性穩(wěn)壓器在10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)的輸出噪聲為30 µV(RMS),,在 1 kHz 的頻率下電源抑制比(PSRR)高達(dá)73dB,它能夠?yàn)橹T如射頻(RF)接收器和發(fā)送器,、壓控振蕩器(VCO)和音頻放大器等對噪聲敏感的模擬電路的供電提供低噪聲,、電源紋波抑制比(PSRR)和快速瞬態(tài)響應(yīng),它的使能電路兼容TTL電平適合數(shù)字電路供電,。SGM2007的輸入電壓在2.5V至5.5V之間,,適合藍(lán)牙數(shù)碼相機(jī)和個人數(shù)字助理(PDA),以及諸如無線和高端音頻產(chǎn)品等單個鋰電池供電或固定3.3V和5V系統(tǒng),。

  LDO的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)主要包括啟動電路,、恒流源偏置單元、使能電路,、調(diào)整元件,、基準(zhǔn)源、誤差放大器,、反饋電阻網(wǎng)絡(luò),,保護(hù)電路等,基本工作原理是這樣的:系統(tǒng)加電,,如果使能腳處于高電平時,,電路開始啟動,恒流源電路給整個電路提供偏置,,基準(zhǔn)源電壓快速建立,,輸出隨著輸入不斷上升,當(dāng)輸出即將達(dá)到規(guī)定值時,,由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值,,此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進(jìn)行放大,再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出,,從而形成負(fù)反饋,,保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上;同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化,,這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變,,即:

Vout=(R1+R2)/R2  * Vref

  Power supply ripple rejection ratio (PSRR)是反應(yīng)LDO輸出對輸入紋波抑制的一個交流參數(shù),,輸出和輸入的頻率是一樣的。和噪聲(Nosie)不同,,噪聲一般為在10Hz至100kHz頻率范圍內(nèi)一定輸入電壓下其輸出噪聲電壓的均方值,PSRR的單位是dB,。

PSRR=20 log(△vin/△vout)

  大多數(shù)蜂窩電話基帶芯片組需要三組電源:內(nèi)部數(shù)字電路、模擬電路和外設(shè)接口電路,。基帶處理器(BB)的數(shù)字電路供電電壓的典型值為1.8V至2.6V,,一般情況下,,Li+電池電壓降至3.2V-3.3V時電話將被關(guān)閉,,對于為基帶處理器供電的LDO來說至少有500至600mV的壓差,因此對壓差要求不高,。另外,,數(shù)字電路本身對LDO的輸出噪聲和PSRR的要求也不高,而是要求LDO在輕載條件下具有極低的靜態(tài)電流,。

  基帶處理器內(nèi)部模擬電路供電電壓典型值是2.4V至3.0V,,壓差在200mV至600mV。要求LDO具有較高的低頻(GSM電話為217Hz)紋波抑制能力,,消除由RF功率放大器產(chǎn)生的電池電壓紋波,。LDO始終保持有效工作狀態(tài),同樣需要較低的靜態(tài)電流指標(biāo),。

  RF電路分為接收和發(fā)送兩部分,,供電電壓典型值為2.6V至3.0V,其中低噪聲放大器(LNA),、混頻器,、鎖相環(huán)(PLL)、壓控振蕩器(VCO)和中頻(IF)電路需要低噪聲,、高PSRR的LDO,。實(shí)際應(yīng)用中,VCO,、PLL電路的性能直接影響射頻電路指標(biāo),,如發(fā)射頻譜的純度、接收器的選擇性,、模擬收發(fā)器的噪聲,、數(shù)字電路的相位誤差等。噪聲會改變振蕩器的相頻和幅頻特性,,同時振蕩器環(huán)路也會進(jìn)一步放大噪聲,,可能對載波產(chǎn)生調(diào)制。LDO輸出噪聲受其內(nèi)部設(shè)計(jì)和外部旁路,、補(bǔ)償電路的影響,。如圖是線性穩(wěn)壓器的簡單框圖,。導(dǎo)致LDO輸出噪聲的主要來源是基準(zhǔn)。

線性穩(wěn)壓器的簡單框圖

  為降低基準(zhǔn)噪聲,,用于連接基準(zhǔn)旁路電容,。增大旁路電容能夠使基準(zhǔn)噪聲成為產(chǎn)生LDO輸出噪聲的次要因素,有利于減小輸出噪聲,。建議使用陶瓷電容的典型值為 470 pF 到 0.01 µF ,。也可使用此范圍以外的電容,但會對輸入電源上電時LDO 輸出電壓上升的速度產(chǎn)生影響,,旁路電容值越大,,輸出電壓上升速率越慢。在使用時這點(diǎn)要注意,。

  影響LDO輸出噪聲的其它因素還有:LDO內(nèi)部極點(diǎn),、零點(diǎn)和輸出極點(diǎn)。增大輸出電容的容量或減輕輸出負(fù)載有利于降低高頻輸出噪聲,。如圖為旁路電容對SG2001輸出噪聲影響,。

旁路電容對SG2001輸出噪聲影響

  如圖為旁路電容對SGM2007 PSRR影響

旁路電容對SGM2007 PSRR影響

  LDO需要增加外部輸入和輸出電容器。利用較低ESR的大電容器一般可以全面提高電源抑制比(PSRR),、噪聲以及瞬態(tài)性能,。陶瓷電容器通常是首選,因?yàn)樗鼈儍r(jià)格低而且故障模式是斷路,,相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路,。輸出電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)會影響其穩(wěn)定性,陶瓷電容器具有較低的ESR,,大概為10 mΩ量級 采用陶瓷電容時,,建議使用X5R 和X7R電介質(zhì)材料,這是因?yàn)樗鼈兙哂休^好的溫度穩(wěn)定性,。圖為X5R的ESR和頻率曲線,。

X5R的ESR和頻率曲線

X5R的ESR和頻率曲線

  如圖為輸出電容對PSRR的影響。大電容器一般在一定頻率范圍內(nèi)會提高電源抑制比(PSRR)

輸出電容對PSRR的影響

  為射頻電路選擇LDO時,,要慎重比較噪聲指標(biāo),,和電源抑制比(PSRR),確保旁路電容,、輸出電容和負(fù)載條件一致,。新型音頻電路,如免提電話,、游戲機(jī),、MP3及蜂窩電話中的多媒體電路,可能需要300mA-500mA的大電流LDO,LDO要在音頻范圍(20Hz至20kHz)應(yīng)具有低噪聲,、高PSRR特性,,以保證良好的音質(zhì)。

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