Este artículo se reproduce a partir de hardware Cien mil por qués
regulador de baja caída (LDO) puede usarse como un reloj de alta velocidad, convertidores de analógico a digital, convertidor de digital a analógico, el oscilador y la fase controlado por voltaje bloqueados circuitos de bucle. El ruido es extremadamente importante para los diseñadores de circuitos analógicos de alto rendimiento. La clave para reducir el ruido es mantener el ruido de LDO ganancia de cerca de ganancia unidad, y no afecta el rendimiento de CA o CC ganancia de lazo cerrado.
En este artículo se describe cómo una red RC simple se puede ajustar para reducir el ruido de salida del regulador de baja caída. Este papel para demostrar la eficacia de este método simple de los datos experimentales. Aunque el propósito principal de la red RC es el ruido, pero también puede mejorar el rechazo de la fuente de alimentación y la carga de respuesta transitoria.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques simplificado típico de la salida LDO ajustable. La tensión de salida VOUT es igual a la tensión de referencia del error amplificador de ganancia de bucle de corriente es el producto de: VOUT = el VR × (1 + R1 / R2) , donde (1 + R1 / R2) es la ganancia de corriente continua del circuito de amplificador de error.
diagrama de bloques Figura 1. LDO fuentes de ruido interno simplificado de un ajustable
El amplificador de error de ruido de referencia de voltaje y ruido VN VRN mismo factor de amplificación, la tensión de salida es proporcional a la salida de conjunto ruido se incrementa. Esto permite que el ruido de la tensión de salida es mayor que la tensión de referencia, pero menos de 2 veces, pero un modesto aumento en la producción de ruido aplicaciones sensibles son incluso este modesto incremento puede no ser aceptable.
LDO ruido
principal fuente de ruido de LDO es un voltaje de referencia interno y un amplificador de error . La operación de hoy de la corriente de polarización interna del dispositivo de unos pocos cientos de nA o menos se puede lograr hasta 15μA Corriente en reposo. Estas pequeñas corrientes necesitan utilizar hasta 1 GΩ resistencia de polarización, de modo que el amplificador de error y en comparación con un despliegue circuito de tensión de referencia ruidoso más discreta. Un divisor resistivo típico LDO establece el voltaje de salida, por lo tanto la ganancia de ruido es igual a la ganancia de lazo de CA, la ganancia de bucle DC que es el mismo resultado.
Reducir el ruido de LDO
Dos métodos principales para reducir LDO ruido se filtraron tensión de referencia , y para reducir la ganancia de ruido del amplificador de error . Algunos filtro condensador LDO usando tensión de referencia externa. De hecho, muchos LDO así llamado ruido ultra baja requiere el uso de condensador de reducción de ruido externo para lograr su rendimiento bajo ruido. Desventaja de esta técnica es que cualquier ruido y error residual amplificador de voltaje de referencia es amplificada por el ruido de CA será aún de circuito cerrado de ganancia. Esto hace que el ruido proporcional a la tensión de salida.
La reducción de la ganancia de ruido del amplificador de error permite que el ruido de salida LDO como la tensión de salida no aumenta significativamente. Por desgracia, esta salida LDO por períodos fijos no es factible, debido a que el nodo de retroalimentación no están fácilmente disponibles. Afortunadamente, sin embargo, el nodo puede ajustarse fácilmente en la salida LDO.
La figura 2 es un LDO de visualización de salida ajustable, en el que R1 y R2 establecen el voltaje de salida. R3 y C1 por la configuración de la red puede reducir la ganancia de CA del amplificador de error. A fin de garantizar un margen de fase de baja (o no la unidad de ganancia estable) la estabilidad de la LDO, R3 se selecciona la ganancia de alta frecuencia del amplificador se ajusta a aproximadamente 1,1. Para reducir el ruido 1 / f zona C1 tendrá que seleccionar una frecuencia baja por debajo de 10 Hz se establece en cero.
2. La Fig sencilla red RC se puede ajustar para reducir el ruido de salida de ganancia LDO
ganancia de la figura 3 AC bucle (que está diseñado correctamente ruido de red) y la ganancia de bucle abierto y la ganancia de bucle cerrado no se modifica en comparación. Con la red de reducción de ruido, el ancho de banda en la mayor ganancia AC se aproxima a la ganancia unitaria, por lo que el ruido de tensión de referencia, y un menor grado de amplificación del ruido del amplificador de error.
3. La Fig LDO ganancia de bucle frente a la relación de frecuencia (con la red de reducción de ruido)
Efectos de la densidad de ruido espectral ADP125 LDO ruido Figura 4 muestra la red. El gráfico que compara el uso de la red y sin necesidad de utilizar la reducción de ruido, la densidad de ruido espectral a una tensión de 4 V, y la densidad espectral del ruido con ganancia unitaria.
Puede ser visto en el intervalo de 20 Hz a 2 kHz, el rendimiento de ruido se mejora en gran medida. R1 y C1 forman por encima de cero, sustancialmente las mismas características de ganancia y el ruido de las unidades de reducción de ruido que utilizan la red. fusión curva de densidad espectral de ruido por encima de 20 kHz, ya que la ganancia en bucle cerrado del error amplificador de ganancia de bucle abierto cruza ganancia de ruido no se puede reducir más.
4. La figura de ruido ajustable salida de densidad espectral de la LDO ADP125
Rechazo de la fuente de alimentación
Dentro de este rango de frecuencia, la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) mejoró mismo. circuito de medida PSRR suprime señales extrañas (ruido y ondulación) presente en la entrada de la fuente de alimentación, de modo que la señal de interferencia no destruye la capacidad de estas salidas del circuito. PSRR se define como: PSRR = VENA / VEOUT . Esto también puede expresarse en dB: el PSR 20 es = × log (VENA / VEOUT) , y en el que VENA VEOUT como señal extranjera aparece en el terminal de entrada y el terminal de salida.
mejorar PSR
La reducción de ruido se puede ajustar para reducir el ruido de salida LDO red de salida tiene otra ventaja de que también mejora la PSR baja frecuencia. La figura 2 R1, R3 y C1 forman un plomo - red lag cuales aproximadamente 0:00 en 1 / (R1 × C1), el polo de aproximadamente 1 / (R3 × C1) a. Plomo - red de retardo proporciona la función de alimentación directa bucle de compensación, es posible mejorar el PSR. Para la ganancia en bucle abierto y en bucle cerrado por debajo de la fusión frecuencia de ganancia, si la cantidad de mejora en dB, entonces el valor de alrededor de 20 × log (1 + R1 / R3).
Efecto LDOADP7102 Figura 5 muestra el ruido de salida resultante en la red pueden ser ajustados. Si la salida de 9 V, entonces R1 = 64 kW, R2 = 10 kW, R3 = 1 kW, C1 = 1 mF. R1 y C1 se establece en alrededor de 2,5 Hz 10 PSRR Hz resultar más mejoraron cero. En el rango de 100 Hz a 1 kHz, un aumento PSRR total de alrededor de 17 dB. Mejoras sólo disminuyó en hasta aproximadamente 20 kHz; fusión donde la ganancia de bucle abierto y la ganancia en bucle cerrado.
Figura 5. red con y sin la reducción de ruido se puede ajustar LDOADP7102 salida PSRR / ADP7104 de
carga transitoria mejorada
El ruido también puede mejorar la carga de la red LDO respuesta transitoria. Del mismo modo, R1, R3, y alquilo C1 realizar la función de alimentación hacia adelante del bucle de compensación. componente de alta frecuencia de los transitorios de carga - no atenuada por la detección amplificador de error - amplificador de error permite una respuesta rápida a los transitorios de carga. La Figura 6 muestra el uso de la ADP125 cuando no esté en uso respuesta transitoria de carga del ruido de la red. Después de usar la red de reducción de ruido, LDO puede responder a los transitorios de carga dentro de 50ms, cuando la reducción de ruido sin necesidad de utilizar la red de 500 mu s.
6. figura respuesta de carga transitoria se puede ajustar la salida de la LDO ADP125 (a) una red sin necesidad de utilizar la reducción de ruido (b) usando una red de reducción de ruido
Impacto en el tiempo de puesta en marcha
Una de las desventajas de la red de reducción de ruido es que aumentará en gran medida el tiempo de puesta en marcha. Figura 7 muestra la ADP125 utilizado sin necesidad de utilizar la reducción de ruido cuando el tiempo de arranque de red. hora de inicio normal es de aproximadamente 600 mu s. Si C1 = 10 nF, la hora de inicio aumentó 6 ms; si C1 = 1 mF, aumentó a 600 ms. Después de completar el circuito eléctrico para el interruptor, es la aplicación ya no LDO, aumenta el tiempo de empezar no debería ser un problema.
Figura 7. ajustable hora de inicio de salida (a) LDO ADP125 red sin necesidad de utilizar la reducción de ruido (b) utilizando la red de reducción de ruido, C1 = 10 nF
(C) utilizando la red de reducción de ruido, C1 = 1 mF
conclusión
Mediante la adición de un simple ruido de la red RC, el ruido puede ser mejorada significativamente de salida ajustable LDO, rechazo fuente de alimentación y el rendimiento transitorio, de reloj de alta velocidad, convertidores analógico a digital, digital al convertidor de analógico, un oscilador controlado por tensión y un bucle de enganche de fase y otras aplicaciones sensibles al ruido traer grandes ventajas.
ADP125, ADP171, ADP1741, ADP1753, ADP1755, ADP7102, ADP7104 ADP7105 y LDO, etc., todos tienen esta arquitectura común, y se beneficiarán enormemente del ruido usando la red. Esta técnica se puede utilizar similar a la mostrada en la Fig. 2 arquitectura LDO, en esta arquitectura, el ruido de referencia de tensión y el ruido por el error de amplificador de la amplificación de la ganancia de bucle DC, el ruido de salida es proporcional a la tensión de salida.
Bajo nivel de ruido más reciente LDO-- tales ADM7151-- no se benefician de este ruido de la red, debido a que el amplificador de error de ganancia LDO utiliza la arquitectura de la unidad, la tensión de referencia es igual a la tensión de salida. Además, el polo es menor que la tensión de referencia interna del filtro de 1 Hz, el filtro puede ser en gran medida de tensión de referencia, y para eliminar la casi totalidad de la referencia de tensión de ruido.
