低功耗低噪声电源设计感想

在做硬件系统设计时,需要选择正确的电源供电芯片，无论是设计消费数码电子还是无线传感设备,需要权衡好产品的各个功能需求。在对噪声抑制、耗电量、压降、和电源电压电流等指标做出评估和划定优先级后,才可以进行电源IC的选择。

每个信号路径需要“干净”的电源。电源管理是系统设计的最后部分。图1显示了如何为信号路径供电的实例系统。

本人目前设计一个需要超低功耗的无线产品，一个3AH的电池要能工作5-6年，这个需要整个通信机制需要有省电的功能，也需要产品本身需要有超低功耗的能力，一个无线产品需要具有超低功耗需要从产品的几个构成部分来分析：

1）电源部分

2）RF部分

3）CPU部分

4）其他部分

这里结合我的工作做对电源部分的分析：

选择电源芯片原则：

1）选择工艺成熟，产品质量好，性价比好的厂家产品

2）选择工作频率高的产品，降低周围器件，降低成本。

3）用封装小的，但要考虑输出电流的大小，一般都是小封装小电流，大封装大电流

4）选择技术支持好的厂家，特别是小公司选择电源器件时要注意，小公司别人不理睬你！！！

5）选择资料齐全的，最好有中文的，样品可以申请的，最好有免费的，供货周期短的，最好不 要老停产

以上是从大的层面来做分析，包括设计和采购等方面来考虑。

从技术要求的层面来分析，

一、LDO 器件选择：

LDO选择4个要素：压差、噪声、静态电流、共模抑制比。

仅仅从省电来说，主要看静态电流，有的LDO静态电流很小，1UA左右，就是LDO工作时，自身的耗电，这个参数在省电中很关键，越小肯定越好，但不可能为0，LDO的耗电有两个指标：一个为静态电流，一个为SET_OFF电流，要区分哦！！还有压差，这个好理解，压差为0就是很理想的LDO。

我现在用的是S-1206系列，日本的，用日货，没有办法，SOT23，路过的朋友介绍一个国货给我，质量要好的，还有R1180X系列，好像也是日本的。以上都是5ua以下的IQ值。

但是做RF的LDO，就需要考虑：噪声抑制了，因为RF这玩意对噪声的敏感度太高了。

电源抑制比PSRR (Power supply ripple rejection ratio))是反映输出和输入频率相同的条件下，LDO输出对输入纹波抑制能力的交流参数。和噪声(Noise)不同，噪声通常是指在10Hz至100kHz频率范围内，LDO在一定输入电压下其输出电压噪声的均方值(RMS),PSRR的单位是dB，公式如下：PSRR=20 log(△vin/△vout)

电源影响信号路径性能

并不意外的是,电源影响模拟信号完整性,这最终会影响整体的系统性能。提高信号路径性能的一种简单方法是选择正确的电源。在选择电源时,影响模拟信号路径性能的一个关键参数是电源线上的噪声或纹波。电源线上的噪声或纹波可以耦合到运算放大器的输出中,增加锁相环(PLL)或压控振荡器(VCO)的抖动,或者降低ADC的SNR。低噪声和低纹波的电源还能改善信号路径性能。

电源线上的噪声或纹波的来源具有多样性。在系统内的高速数据和高频信号本身会产生噪声,PCB的印制线和连接线如果设计不当,可以形成发射天线的效应。数字IC,例如微控制器和现场可编程门阵列(FPGA)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)具有很快的边沿跳变速度,电流的大小变化很大,将产生电磁干扰辐射到系统中。IC硅片在内部产生热噪声,这是由于在温度高于绝对0摄氏度时分子的随机运动和碰撞产生的。

有三种常用的方法来使信号路径中的噪声和纹波最小：非常仔细的系统PCB布局、恰当的电源旁路处理以及正确的电源选择。尽管PCB的具体设计取决于系统,但就一般而言,PCB的布局需要考虑包括正确的器件布局、使信号路径连接线的长度最小以及采用实体的地等。

对电源轨进行旁路处理是一种常用的方法,这种方法通常在模拟IC产品手册中被推荐用于滤出噪声。信号路径IC可以具有分离的模拟、数字和PLL电源输入,建议每个采用自己独立的旁路处理。PLL电源和模拟电源对噪声和纹波最敏感。旁路电容、阻容(RC)滤波器以及EMI抑制滤波器使进入信号路径的电源噪声最小化。

正确的电源选择可以降低对信号路径IC的噪声和纹波影响。在选择一种电源时,设计师首先在开关变换器和线性稳压器之间作一个基本选择。开关转换器提供较高的频率,更高的频率意味着较低的整体系统功耗。线性稳压器提供一种易于使用的解决方案,同时降低电源轨的噪声/纹波。使用线性稳压器降低噪声和纹波可以改善信号路径性能。

毫无疑问，在便携式无线产品里，即需要自身工作耗电电流小的，又需要PSRR大的LDO，但是目前市面上的LDO产品，能兼顾到这两个指标的产品很少，本人找到一个S1167的LDO，工作自身耗电为9UA,PSRR为70dB，应该说是比较兼顾这两