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RC滤波器和外部晶体管驱动器拒绝在LDO稳压器内产生的噪声

来源:analog 发布时间:2023-09-01

摘要: 在许多为电子系统提供电压调节的低差(LDO)稳压器中,有些是为低噪声而设计的。集成电路图1例如,其本身可实现约115mV的RMS噪声电压。然而,一些超低噪声应用,如仪器和高质量音频,需要更低的噪声。为此,图1电路包括一个外部晶体管和简单的低通RC滤波器。

在许多为电子系统提供电压调节的低差(LDO)稳压器中,有些是为低噪声而设计的。集成电路图1例如,其本身可实现约115mV的RMS噪声电压。然而,一些超低噪声应用,如仪器和高质量音频,需要更低的噪声。为此,图1电路包括一个外部晶体管和简单的低通RC滤波器。它们共同将电源噪声降低了46dB以上,并实现了7nV/().


图1所示、一个简单的RC滤波器与外部晶体管驱动器拒绝LDO噪声

RC滤波器和晶体管插入到稳压器的反馈回路中。它的输出电压3.3V由R1-R2分压器采样,并反馈到U1的内部误差放大器在引脚6。误差放大器将该电压与其内部参考电压进行比较,并使输出在保持电压调节的方向上驱动Q1。U1的输出有噪声,但是噪声被R和C过滤,在Q1的基极产生一个非常安静的电压。其结果是一个极低噪声的3.3V输出。

R1和R2的计算方法如MAX1857数据表所示。这里重申一下这个等式:

R1 = r2 [(v (out) / 1.25v) - 1]

由R和C组成的低通滤波器使角频率f(C) = 1/2πRC。在拐角频率以上,它可以抑制噪声,每十年约20dB,直至噪声底。通过将转角频率设置得非常低,可以抑制低频和高频噪声,但是转角频率过低也会减慢调节器的响应时间。由于负载瞬态的响应时间比原始LDO慢得多,因此图1电路非常适合无瞬态的稳定直流负载。任何能量高于拐角频率的暂态负载都会在稳压器输出端产生暂态电压。大输出电容(C(OUT))有助于抑制负载瞬变引起的噪声。

Q1可以是任何npn双极晶体管。高增益晶体管是首选,因为它降低了基极电流,从而允许更大的R和更小的c。所示的Q1是来自中央半导体的CXTA14达林顿晶体管。达林顿晶体管提供高增益,但也有更高的VBE电压,这增加了输入输出电压差。你应该选择一个早期电压高的晶体管,它能抑制输入端的源噪声。

噪声密度与频率的关系图(图2)显示了测量仪器的噪声底(底部走线)和图1的输出,有和没有RC滤波器。滤波器就位后,本底噪声约为7nV/(
),降噪超过46dB。


图2、如图1中噪声密度与频率的关系图所示,图1中的简单RC滤波器抑制LDO噪声的幅度超过46dB,并实现了7nV/().

这个设计理念出现在2005年4月14日的电子设计

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