低压差线性稳压器(ldo)最大的优点之一是它们能够衰减开关模式电源产生的电压纹波。这对锁相环(pll)和时钟等信号调节器件在内的数据转换器尤为重要,因为噪声电源电压会影响性能。我的同事xavier ramus在博客中介绍了噪音对信号调节设备的不利影响:减少高速信号链电源问题。然而,电源抑制比(psrr)仍然通常被误认为单一的静态值。在这篇文章中,我将尝试说明什么是psrr以及影响它的变量有哪些。
什么是psrr?
psrr是许多ldo数据手册中的公共技术要求。它规定了某个频率的ac元件从输入到ldo输出的衰减程度。公式1表示psrr为:
(1)
该等式告诉您衰减越高,每分贝的psrr值越高。(应该指出的是,一些供应商会使用负号来表示衰减。大多数供应商,包括德州仪器都不这样用。)
在数据手册的电气特性表中找到频率为120hz或1khz的psrr并不罕见。但是,单独使用此规范可能对确定指定ldo是否符合您的过滤要求没有多大帮助。让我们来看看为什么这么说。
确定您的应用程序的psrr
图1展示了一个从12v电源轨调节4.3v的dc / dc转换器,。其次是tps717,一款高psrr ldo,用于调节3.3v电源轨。在4.3v电源轨上,开关产生的纹波达到±50mv。ldo的psrr将决定 tps717输出端的纹波量。
图1:使用ldo来过滤开关噪声
为了确定衰减程度,您必须首先知道波纹在哪个频率出现。假设这个例子频率为1mhz,因为它正好处于常用开关频率范围的中间。您可以看到,指定为120hz或1khz的psrr值无助于此分析。相反,您必须参考图2中的psrr图。
图2:vin - vout = 1v时,tps717的psrr曲线
在下列条件下,1mhz时的psrr指定为45db:
iout = 150ma
vin – vout = 1v
cout = 1μf
假设这些条件符合你自己的条件。在这种情况下,45db相当于178的衰减系数。您可以预定输入端的±50mv纹波在输出端被压缩至±281μv。
改变条件
但假设您改变了条件,并决定将vin - vout delta降至250mv,以便更有效地进行调节。然后您需要查看图3中的曲线。
图3:vin - vout = 0.25v时,tps717的psrr曲线
您可以看到,在所有其他条件保持不变的情况下,1mhz时的psrr降至23db,或者说衰减系数为14。这是由于cmos通道元件进入三极管(或线性)区域; 也就是说,随着vin - vout三角接近压差电压,psrr开始下降。(请记住,压差电压是关于输出电流以及其他因素的函数。因此,较低的输出电流会降低压差并有助于提高psrr。)
改变输出电容也会有影响,如图4所示。
图4:vin - vout = 0.25v,cout =10μf时,tps717的psrr曲线
将输出电容从1μf增加到10μf,尽管vin-vout增量保持在250mv,1mhz时的psrr增加到了42db。曲线中的高频峰已经向左移动。这是由于输出电容器的阻抗特性导致的。通过适当调整输出电容的大小,您可以调整或增加衰减,使之与特定的开关噪声频率一致。
转动所有旋钮
只需调整vin - vout和输出电容,就可以改善特定应用的psrr。但这绝不是影响psrr的唯一变量。表1展示了各种影响因素。
参数 psrr
低频
(100khz)
vin – vout +++ +++ ++
输出电容器(cout) 没有效果 + +++
降噪电容器(cnr) +++ + 没有效果
前馈电容(cff) ++ +++ +
pcb布局 + + +++
表1:影响psrr的变量
我将在未来的帖子中讨论其他影响因素。但现在,我希望您更熟悉可供给您使用的各种工具,可以帮助您设计出有效的ldo滤波器。有关ldo psrr的更多信息,请阅读应用报告,简化ldo psrr测量。
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