LDO 噪声详解

其中，求解V_N(REF) × G_RC 得到 2 µV_RMS。增加 C_NR 会使参考噪声从19.5 µV_RMS降至 2 µV_RMS，也就是说，在 10 Hz 到 100 kHz 频率范围，G_RC 从整数降至 0.1 (2/19.5) 平均数。

图 11 显示了 C_NR 如何降低频域中的噪声。与图 9 所示小 C_FF 值一样，更小的 C_NR 开始在高频起作用。请注意，C_NR 最大值 1µF 表明最低噪声。尽管 C_NR = 10 Nf 曲线表明最小噪声几乎接近于 C_NR = 1 µF 的曲线，10-Nf 曲线显示30Hz 和100Hz 之间有一小块突出部分。

图 11 不同 CNR 值时输出频谱噪声密度与频率的关系

图8所示曲线（C_NR = 1 pF），可改进为图 12（C_NR = 1 µF）。图 8 显示 C_FF = 100 Nf 和 C_FF = 10 µF 之间几乎没有 RMS 噪声差异，但是图 12 清楚地显示出了差异。

图 12 中，不管输出电压是多少，C_FF = 10 µF 和 C_NR = 1 µF 均带来最低噪声值12.5 µV_RMS，也即最小 G_RC 值（换句话说，RC滤波器的最大效果）为 0.1。12.5 µV_RMS 值为 TI 器件 TPS74401 的底限噪声。

图 12 噪声优化以后 RMS 噪声与前馈电容的关系

当我们把一个新LDO器件用于噪声敏感型应用时，利用大容量C_FF和C_NR电容确定这种器件的独有本底噪声是一种好方法。图12表明RMS噪声曲线汇聚于本底噪声值。

其他技术考虑因素

降噪电容器的慢启动效应

除降噪以外，RC滤波器还会起到一个RC延迟电路的作用。因此，较大的C_NR值会引起稳压器参考电压的较大延迟。

前馈电容器的慢启动效应

C_FF利用一种机制绕过R1反馈电阻AC信号，而凭借这种机制，其在激活事件发生后V_OUT不断上升时，也绕过输出电压反馈信息。直到C_FF完全充电，误差放大器才利用更大的负反馈信号，从而导致慢启动。

为什么高V_OUT值会导致更小的RMS噪声

在图8和图10中，相比V_OUT=0.8V的情况，V_OUT=3.3V曲线的噪声更小。我们知道，更高的电压设置会增加参考噪声，因此这看起来很奇怪。对于这种现象的解释是，由于C_FF连接至OUT节点，因此除绕过电阻器R1的噪声信号以外，C_FF还有增加输出电容值的效果。图12表明，由于参考噪声被最小化，我们便可以观测到这种现象。

RMS噪声值

由于TPS74401的本底噪声为12.5 µV_RMS，它是市场上噪声最低的LDO之一。在设计一个超低噪声稳压器过程中，12.5 µV_RMS绝对值是一个较好的参考值。

结论

本文深入探讨了LDO器件的基本噪声以及如何将其降至最小，具体包括：

每种电路模块对输出噪声的影响程度 参考电压如何成为主要的噪声源（经误差放大器放大） 如何抵销经过放大的参考噪声 NR功能的工作原理

谨慎选择降噪电容器 (C_NR) 和前馈电容器 (C_FF)，可以将 LDO 输出噪声最小化至器件独有的本底噪声水平。利用这种噪声最小化配置，LDO 器件便可保持本底噪声值，让其同非优化配置中常常影响噪声水平的一些参数无关。

给电路添加 C_NR 和 C_FF 时存在慢启动副作用，因此我们必须认真选择这些电容器，以实现快速升压。

本文所述方法已经用于优化 TI 的 TPS7A8101 LDO 的噪声。在 TPS7A8101 产品说明书第 10 页，不管参数如何变化，器件都拥有恒定的噪声值。

参考文献

1、《可编程软启动3.0A超低噪声LDO》，发表于《TPS74xx》产品说明书www.ti.com/lit/SBVS066M

2、《低噪、宽带宽、高PSRR、低压降1A线性稳压器》，发表于

《TPS7A8101产品说明书》www.ti.com/lit/SBVS179A

相关网站

电源管理：http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/powermanagement/power_portal.page

TPS7A8101：www.ti.com.cn/product/cn/TPS7A8101

TPS74401：www.ti.com.cn/product/cn/TPS74401

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