01 基本概念
LDO作为非理想元件,自身也会产生噪声,其噪声来源包括其内部基准电压、反馈放大器、内部晶体管与外部分压电阻。
下图是典型的噪声图,输出电压越高,其噪声水平越高,且噪声有不同的频率。
如何降低噪声?对于内部运放和内部晶体管,其噪声水平由其设计决定,我们无法改变,但我们可以对其外部分压电阻和内部基准电压(部分LDO)做出一些补偿。
02 基准电容CNR
部分LDO具有一个基准电压滤波引脚,例如TI的TPS71701的NR引脚,其引脚描述如下:降噪电容过滤内部带隙产生的噪声,从而降低输出噪声。
下图是CNR电容值与输出噪声的关系,可以看出CNR越大输出噪声越小,容值为0.1uF后也不能完全消除噪声,所以也不能无限大。同时CNR过大会导致LDO的快速启动能力受限,所以其值需要根据需求在0.01uF~0.1uF之间选取。
CNR同时还能提高LDO的PSRR,如下图:
03 前馈电容CFF
那么如何通过对反馈电阻的处理降低输出噪声呢?以TPS7A91为例。
将CFF并联在上端反馈电阻两端,不同的CFF值会有不同的噪声抑制能力。下图可以看出CFF越大噪声抑制能力越强。
但需要注意的是,CFF容值过大可能影响LDO的动态性能,甚至可能造成输出震荡,所以其容值需谨慎选取。
04 输出电容Cout
不同容值的输出电容也会影响输出噪声,表现为Cout越大,输出噪声越小,但其噪声抑制能力受容值大小影响较小。
05 PCB布局
PCB布局也是影响LDO输出噪声水平的重要因素,如下图是推荐的PCB布局,注意他的CNR/SS与CFF电容的布局。
① CNR/SS电容就近接主地。
② 反馈电阻R2的GND引脚就近接主地。
③ CFF电容是输出电流流经输出电容后再经过CFF,然后反馈到FB引脚,这个电流走向很重要。
④ 连接反馈电阻的GND引脚与连接CNR/SS电容的GND就近接散热焊盘。