低压差稳压器(LDO)过滤因开关模式电源导致的纹波电压
作者：德州仪器aaron paxton
在一篇ldo基础知识博文中，我讨论了使用低压差稳压器(ldo)过滤因开关模式电源导致的纹波电压。然而，这不是获得净化直流电源唯一要考虑的事情。因为ldo是电子设备，它们自身也会生成一定数量的噪声。选择使用低噪声ldo和采取步骤减少内部噪声，都可以在不损害系统性能的同时形成净化电源轨的不可分割的措施。
识别噪声
理想的ldo具备没有交流元件的电压轨。但缺点在于ldo会和其他电子设备一样生成本体噪声。图 1 显示了这种噪声在时间域中的表现。
在时间域中进行分析是困难的。因此，有两个主要方法来检验噪声：跨越整个频谱，和作为综合值。 您可以使用频谱分析工具来识别ldo输出线路中的各种交流元件。（应用报告，“如何测量ldo噪声,”介绍了丰富的噪声测量知识。) 图 2 绘制了1a低噪声ldo tps7a91的输出噪声。
如您从各种曲线看到的那样，输出噪声（以每平方根赫兹[μv/ hz]来表示）集中在频谱低端。该噪声大部分出自内部参考电压，以及误差放大器fet和电阻分压器。
分析跨越整个频谱的输出噪声，能帮助我们确定感兴趣噪声范围的噪声曲线。例如，音响应用设计师很关注人耳可闻频率（20hz到20khz），而电源噪声可能使声音品质下降。
在进行苹果设备之间的比较时，数据表通常提供的是单一、综合噪声值。输出噪声一般是综合10hz到100khz的噪声，用微伏均方根(μvrms)表示。（各厂商还将综合来自100hz到100khz的噪声，或者综合来自自定义频率范围的噪声。基于所选频率范围进行综合，有助屏蔽不讨人喜欢的噪音属性，因此，检查除综合值外的噪声曲线很重要。）图 2 显示了对应各曲线的综合噪声值。德州仪器供应的ldo系列综合噪声值低至3.8μvrms。
降噪
除选择低噪声质量的ldo外，您还可以采用几种技术来确保您的ldo具有最低噪声特性。这些技术包括使用降噪和前馈电容器。我将在下一篇博文中探讨使用前馈电容器。
降噪电容器
ti的许多低噪声ldo系列都具有专门用作“nr/ss”的专用引脚，如图 3 所示。
图 3：具有nr/ss引脚的nmos ldo
该引脚的功能有两个：它用于过滤来自内部参考电压的噪声，及降低启动过程中的压摆率或启用ldo。
为该引脚添加一个电容器(cnr/ss)，就可以形成具有内部电阻的rc滤波器，有助于把由参考电压生成的无用噪声分流。由于参考电压是噪声的主要来源，增加电容可推送左侧低通滤波器的截止频率。图 4 显示了该电容器对输出噪声的作用结果。
图 4：tps7a91噪声频谱密度 vs. 频率和cnr/ss
如图 4 所示，更高的cnr/ss值会产生更理想的噪声值。当达到某个点后，再增加电容值也不再能够降低噪声。其余噪声来自误差放大器和fet等。
增加电容器还在启动期间形成了电阻电容延迟，这将使输出电压以较低速率上升。当输出或负荷中出现了大容量电容，有益的做法是降低启动电流。
等式 1 中启动电流等于：
为降低启动电流，您必须减小输出电容或降低压摆率。幸好，cnr/ss 有助实现后者，如图 5 tps7a85所示。
图 5：tps7a85的启动 vs. cnr/ss
如您所见，增加cnr/ss值会延长启动时间，可防止出现尖峰启动电流和潜在可能触发电流值达到极限的情况。
概要
低噪声ldo对于确保净化直流电源至关重要。选择具有低噪声属性的ldo和合理利用都不容忽视，这样才能保障尽量净化的输出。使用nr/ss电容器有两个优点：它可帮助您控制压摆率和过滤参考噪声。欲更多了解有关ldo的见解，请参阅ldo基础系列中的其他博文。
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识别噪声
理想的ldo具备没有交流元件的电压轨。但缺点在于ldo会和其他电子设备一样生成本体噪声。图 1 显示了这种噪声在时间域中的表现。
在时间域中进行分析是困难的。因此，有两个主要方法来检验噪声：跨越整个频谱，和作为综合值。 您可以使用频谱分析工具来识别ldo输出线路中的各种交流元件。（应用报告，“如何测量ldo噪声,”介绍了丰富的噪声测量知识。) 图 2 绘制了1a低噪声ldo tps7a91的输出噪声。
如您从各种曲线看到的那样，输出噪声（以每平方根赫兹[μv/ hz]来表示）集中在频谱低端。该噪声大部分出自内部参考电压，以及误差放大器fet和电阻分压器。
分析跨越整个频谱的输出噪声，能帮助我们确定感兴趣噪声范围的噪声曲线。例如，音响应用设计师很关注人耳可闻频率（20hz到20khz），而电源噪声可能使声音品质下降。
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降噪
除选择低噪声质量的ldo外，您还可以采用几种技术来确保您的ldo具有最低噪声特性。这些技术包括使用降噪和前馈电容器。我将在下一篇博文中探讨使用前馈电容器。
降噪电容器
ti的许多低噪声ldo系列都具有专门用作“nr/ss”的专用引脚，如图 3 所示。
图 3：具有nr/ss引脚的nmos ldo
该引脚的功能有两个：它用于过滤来自内部参考电压的噪声，及降低启动过程中的压摆率或启用ldo。
为该引脚添加一个电容器(cnr/ss)，就可以形成具有内部电阻的rc滤波器，有助于把由参考电压生成的无用噪声分流。由于参考电压是噪声的主要来源，增加电容可推送左侧低通滤波器的截止频率。图 4 显示了该电容器对输出噪声的作用结果。
图 4：tps7a91噪声频谱密度 vs. 频率和cnr/ss
如图 4 所示，更高的cnr/ss值会产生更理想的噪声值。当达到某个点后，再增加电容值也不再能够降低噪声。其余噪声来自误差放大器和fet等。
增加电容器还在启动期间形成了电阻电容延迟，这将使输出电压以较低速率上升。当输出或负荷中出现了大容量电容，有益的做法是降低启动电流。
等式 1 中启动电流等于：
为降低启动电流，您必须减小输出电容或降低压摆率。幸好，cnr/ss 有助实现后者，如图 5 tps7a85所示。
图 5：tps7a85的启动 vs. cnr/ss
如您所见，增加cnr/ss值会延长启动时间，可防止出现尖峰启动电流和潜在可能触发电流值达到极限的情况。
概要
低噪声ldo对于确保净化直流电源至关重要。选择具有低噪声属性的ldo和合理利用都不容忽视，这样才能保障尽量净化的输出。使用nr/ss电容器有两个优点：它可帮助您控制压摆率和过滤参考噪声。欲更多了解有关ldo的见解，请参阅ldo基础系列中的其他博文。
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