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RF電路中穩(wěn)壓器的PSRR和噪聲

發(fā)布時(shí)間:2010-10-19 閱讀量:1886 來源: 發(fā)布人:

中心議題:
??? * LDO的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)
??? * RF電路中穩(wěn)壓器的PSRR和噪聲
解決方案:
??? * 增大旁路電容
??? * 增大輸出電容的容量或減輕輸出負(fù)載
??? * LDO需要增加外部輸入和輸出電容器


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30μV(RMS),在1kHz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(gè)人數(shù)字助理(PDA),以及諸如無線和高端音頻產(chǎn)品等單個(gè)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(dòng)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(shí),電路開始啟動(dòng),恒流源電路給整個(gè)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(shí),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(shí)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(hào)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(gè)閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變,即:

Vout=(R1+R2)/R2*Vref

Powersupplyripplerejectionratio(PSRR)是反應(yīng)LDO輸出對輸入紋波抑制的一個(gè)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=20log(△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?;鶐幚砥鳎˙B)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(shí)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)。
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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(huì)改變振蕩器的相頻和幅頻特性,同時(shí)振蕩器環(huán)路也會(huì)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)。



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 470pF到0.01μF。也可使用此范圍以外的電容,但會(huì)對輸入電源上電時(shí)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(shí)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。

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如圖為旁路電容對SGM2007PSRR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(huì)影響其穩(wěn)定性,陶瓷電容器具有較低的 ESR,大概為10mΩ量級采用陶瓷電容時(shí),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。




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(huì)提高電源抑制比(PSRR)



為射頻電路選擇LDO時(shí),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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