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LDO的运行困境之一:低裕量

上网日期: 2014年12月04日 ?? 作者: Glenn Morita ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:DC-DC转换器? LDO? 电源噪声? 裕量电压?

基于深亚微米工艺的最新千兆级模拟电路对电源电压的要求越来越低,在有些情况下,还不到1 V。这些高频电路往往需要较大的供电电流,因此,可能在散热方面存在困难。设计目标之一是使功耗降至电路性能绝对需要的水平。

开关模式DC-DC转换器是最高效的电源,有些器件效率可超过95%,但其代价是电源噪声,通常在较宽带宽范围内都存在噪声问题。通常用低压差线性调节器(LDO)清除供电轨中的噪声,但也需要,在功耗和增加的系统热负荷之间做出权衡。为了缓解这些问题,使用LDO 时,可使输入和输出电压之间在较小的压差(裕量电压)。本文旨在讨论低裕量电压对电源抑制和总输出噪声的影响。

LDO电源抑制与裕量

LDO电源抑制比(PSRR)与裕量电压相关——裕量电压指输入与输出电压之差。对于固定裕量电压,PSRR随着负载电流的提高而降低,大负载电流和小裕量电压条件下尤其如此。图1所示为ADM7160超低噪声、2.5V线性调节器在200mA 负载电流和200mV、300mV、500mV 和1V 裕量电压条件下的PSRR。随着裕量电压的减小,PSRR也会减小,压差可能变得非常大。例如,在100kHz下,裕量电压从1V 变为500 mV,结果将使PSRR减少5dB。然而,裕量电压的较小变化,从500mV变为300mV,结果会导致PSRR下降18dB以上。

LDO的运行困境之一:低裕量(电子工程专辑)
图1. ADM7160 PSRR与裕量

图2显示了LDO的框图。随着负载电流的增加,PMOS调整元件的增益会减小,它脱离饱和状态,进入三极工作区。结果使总环路增益减小,导致PSRR下降。裕量电压越小,增益降幅越大。随着裕量电压继续减小到一个点,此时,控制环路的增益降至1,PSRR降至0dB。

导致环路增益减小的另一个因素是通路中元件的电阻,包括FET的导通电阻、片内互连电阻和焊线电阻。可以根据压差推算出该电阻。例如,采用WLCSP封装的ADM7160在200mA下的最大压差为200mV。利用欧姆定律,调整元件的电阻约为1Ω,可以把调整元件近似地当作固定电阻与可变电阻之和。

流过该电阻的负载电流导致的压差减去FET的漏极源极工作电压。例如,在1 Ω FET条件下,200 mA的负载电流会使漏极源极电压下降200 mV。在估算裕量为500 mV或1 V的LDO的PSRR时,必须考虑调整元件上的压差,因为调整FET的工作电压实际上只有300 mV或800 mV。

LDO的运行困境之一:低裕量(电子工程专辑)
图2. 低压差调节器的框图

第二页:容差对LDO裕量的影响

第三页:高PSRR、超低噪声LDO


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