线性稳压器具 2nV/√Hz 噪声和 120dB 电源抑制-对静噪的探索(一)

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本文作者:

凌力尔特公司

高级 IC 设计工程师

Todd Owen Amit Patel

引言

在很多电路应用中,无噪声、良好稳定的电源对于实现最佳性能是很重要。压控振荡器 (VCO) 和精确的压控晶体振荡器 (VCXO) 会迅速响应电源的微小变化。锁相环 (PLL) 需要稳定的电源,因为电源上的信号会直接转变成输出的相位噪声。RF 放大器需要无噪声电源,因为这类放大器缺乏抑制电源变化的能力,而且稳压器变化将以不想要的边带信号形式出现,降低了信噪比。低噪声放大器和模数转换器 (ADC) 不具备无限大的电源抑制能力,稳压器输出越干净,性能就越高。上面仅列举了几种需要线性稳压器提供无噪声电源轨的例子,那么怎样才能确保稳压器按规定运行呢?

电源一旦搭建完毕就可以确定,对于其应用而言,电源是否具有足够低的噪声。振荡器的相位噪声可以测量,然后,相对于用一个已知和性能良好的电源实现之结果,对测量结果进行比较。还要检查 ADC,以确保得到最多位数。这些测量工作比较难,需要耗费大量时间,如果可不进行费用高昂的试验就可确保噪声足够低,那会更好。

除了噪声,还必须考虑线性稳压器的电源抑制能力。线性稳压器电源抑制能力不佳会给开关稳压器留下剩余信号或带来其他不想要的信号,从而破坏为确保拥有干净的电源所付出的艰苦努力。如果电源抑制能力不佳,留下了足够淹没噪声的信号,那么稳压器的噪声即使极低,也是没有价值的。

测量输出电压噪声

静噪不是新鲜事

噪声问题很早以前就开始提及了。2000 年 3 月凌力尔特发布了《应用指南 83》(Application Note 83),题为 “低压差稳压器的低噪声性能验证” (Performance Verification of Low Noise, Low Dropout Regulators),文中详细叙述了一种测量方法,可以有把握地测量低至 4µVRMS 的稳压器输出电压噪声。该应用指南中所用的放大器电路和滤波器在 10Hz 至 100kHz 带宽时提供 60dB 增益。这是一个良好的起点,可以有把握地测量噪声水平。

诸如 LT3042 等最新线性稳压器现已投产,其输出电压噪声低得多。在《应用指南 83》发布前后推出的该系列稳压器在 10Hz 至 100kHz 频带上的噪声约为 20µVRMS,而现在 LT3042 在相同频带上的噪声低至 0.8µVRMS。回顾《应用指南 83》中的电路可以看出,输入参考噪声层为 0.5µVRMS,当测量低至 4µVRMS 的噪声时,误差低于 1%。在输出噪声为 0.8µVRMS 的现在,这样的噪声层就不可接受了,因为稳压器本身的工作噪声仅略高于测量电路。这相当于几乎高达 20% 的误差,从而使测量电路成为过于重要的因素,以至于不能有把握地测量信号。