低压差（LDO）调节器的噪声源

　　为什么噪声源很重要

　　噪声重要与否，取决于它对目标电路工作的影响程度。

　　例如，一个开关电源在3 MHz时具有显着的输出电压纹波，如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽，如温度传感器等，则该纹波可能不会产生任何影响。但是，如果该开关电源为RF锁相环（PLL）供电，结果可能大不相同。

　　为了成功设计一个鲁棒的系统，了解噪声源、其频谱特性、降噪策略以及目标电路对该噪声的敏感程度至关重要。

　　本应用笔记还会力图澄清电源抑制比（PSRR）与内生噪声的区别，并且说明如何应用数据手册中每个参数的规格。

　　噪声源

　　低压差（LDO）调节器，或者说任何电路的噪声源都可以分为两大类：内部噪声和外部噪声。内部噪声好比是您头脑中的噪声，外部噪声则好比是来自喷气式飞机的噪声。

　　对于电子电路，内部噪声是指任何电子器件内部产生的噪声，外部噪声则是指从电路外部传到电路中的噪声。

　　LDO易于使用，但PSRR和内生噪声常常令人困惑。许多情况下，都将二者一起简单地归类为噪声，这是对性能指标的误用，因为这两种噪声具有不同的特性，并且用于降低其对系统性能影响的方法也不同。

　　图1为LDO的简单框图，显示了内部噪声源与外部噪声源的区别。误差放大器决定LDO的PSRR,因而也决定了其抑制输入端噪声的能力。内部噪声则始终出现在LDO的输出端。

图1. 显示内部和外部噪声源的简化LDO框图

　　内部噪声

　　内部噪声有许多来源，各种噪声源都有自己独一无二的特性。图2显示了一个典型器件的噪声如何随频率而变化，以及各类噪声对总噪声的贡献。从1/f区到热区的跃迁点称为转折频率。内部噪声主要有以下几类：热噪声、1/f噪声、散粒噪声、爆裂或爆米花噪声。

图2. 典型噪声功率与频率的关系

　　热噪声

　　在绝对零度以上的任何温度，导体或半导体中的载流子（电子和空穴）会发生扰动，这就是热噪声（亦称约翰逊噪声或白噪声）的来源。热噪声功率与温度成比例。它具有随机性，因而不随频率而变化。

　　热噪声是一个物理过程，可以通过下式计算：

　　其中：

　　k表示波尔兹曼常数（1.38^-23 J/K）。

　　T表示绝对温度（K = 273°C）。

　　R表示电阻（单位Ω）。

　　B表示观察到噪声的带宽（单位Hz,电阻上测得的均方根电压也是进行测量的带宽的函数）。

　　例如，一个100 k电阻在1 MHz带宽和室温下给电路增加的噪声为：

　　1/f噪声

　　1/f噪声来源于半导体的表面缺陷。1/f噪声功率与器件的偏置电流成正比，并且与频率成反比，这一点与热噪声不同。即使频率非常低，该反比特性也成立，然而，当频率高于数kHz时，关系曲线几乎是平坦的。1/f噪声也称为粉红噪声，因为其权重在频谱的低端相对较高。

　　1/f噪声主要取决于器件几何形状、器件类型和半导体材料，因此，要创建其数学模型极其困难，通常使用各种情况的经验测试来表征和预测1/f噪声。

　　一般而言，具有埋入结的器件，如双极性晶体管和JFET等，其1/f噪声往往低于MOSFET等表面器件。

　　散粒噪声

　　散粒噪声发生在有势垒的地方，例如PN结中。半导体器件中的电流具有量子特性，电流不是连续的。当电荷载子、空穴和电子跨过势垒时，就会产生散粒噪声。像热噪声一样，散粒噪声也是随机的，不随频率而变化。

　　爆裂或爆米花噪声爆裂或爆米花噪声是一种低频噪声，似乎与离子污染有关。爆米花噪声表现为电路的偏置电流或输出电压突然发生偏移，这种偏移持续的时间很短，然后偏置电流或输出电压又突然返回其原始状态。这种偏移是随机的，但似乎与偏置电流成正比，与频率的平方成反比（1/f²）。

　　由于现代半导体工艺技术的洁净度非常高，爆裂噪声几乎已经被消除，不再是器件噪声的一个主要因素。

　　为什么噪声源很重要

　　噪声重要与否，取决于它对目标电路工作的影响程度。

　　例如，一个开关电源在3 MHz时具有显着的输出电压纹波，如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽，如温度传感器等，则该纹波可能不会产生任何影响。但是，如果该开关电源为RF锁相环（PLL）供电，结果可能大不相同。

　　为了成功设计一个鲁棒的系统，了解噪声源、其频谱特性、降噪策略以及目标电路对该噪声的敏感程度至关重要。

　　本应用笔记还会力图澄清电源抑制比（PSRR）与内生噪声的区别，并且说明如何应用数据手册中每个参数的规格。

　　噪声源

　　低压差（LDO）调节器，或者说任何电路的噪声源都可以分为两大类：内部噪声和外部噪声。内部噪声好比是您头脑中的噪声，外部噪声则好比是来自喷气式飞机的噪声。

对于电子电路，内部噪声是指任何电子器件内部产生的噪声，外部噪声则是指从电路外部传到电路中的噪