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超低噪音LDO达到6nV/√Hz的噪音性能的技术处置方案

来源:analog 发布时间:2023-08-03

摘要: 这款超低噪声LDO结合了低噪声元件和滤波,在1kHz时实现了6nV/√Hz的输出噪声性能。

这种设计思想出现在2005年6月23日的EDN杂志上。在许多用于调节电子系统电压的低差(LDO)稳压器中,有些是专门为低噪声操作而设计的。例如,MAX8887低噪声LDO在10Hz至100kHz范围内实现的噪声电压仅为42 μ V(RMS)。然而,仪器仪表中所需的超低噪声振荡器等应用需要更低的噪声。为了满足这一要求,图1显示了低噪声组件和滤波器的组合,其输出噪声仅为6nV/√赫兹在1 khz。


图1所示、这款超低噪声LDO MAX6126将低噪声元件与滤波相结合,可实现6nV/√的输出本底噪声赫兹

在图1中,MAX6126 (U1)是一个电压基准,其超低输出噪声通过低通滤波器(R1和C1)进一步降低,该滤波器衰减噪声频率高于其约0.16Hz截止频率。滤波后的参考电压被馈送到误差放大器U2的反相端,后者通过p通道功率场效应管(M1)和反馈电阻(R2和R3)调节输出电压。R2和R3确定输出电压如下:

R3 = r2 [(v (out)/ 2.048v) - 1]

噪声分析简化图(图2)显示了低通滤波器R1-C1滤除的参考噪声,它极大地衰减了高频噪声(>f (3 db))。运算放大器的噪声电流(指定为0.5fA/√赫兹)的电压噪声可以忽略不计。因为参考噪声与运放电压噪声是串联的,所以它们加在一起。MOSFET噪声在M1输入处建模。


图2、图1电路的简化示意图,用于噪声分析

U2反相端的噪声等于其非反相端的噪声:


其中V(n_OUT)是LDO的输出噪声,V(n_REF)是参考噪声,V(n_OPAMP)是运放的输入参考噪声,H(f)是R1-C1低通滤波器的传递函数。

如果感兴趣的噪声频率远高于滤波器的截止频率,则参考噪声可以忽略不计,并且LDO的输出噪声只是运算放大器噪声乘以闭环增益。MOSFET噪声(图2中的V(n_fet))被环路抑制,对输出噪声没有影响。对于环路带宽内的频率,LDO还抑制由V(DD)引入的纹波和噪声电压。

MAX6126低噪声LDO的噪声密度与频率关系图(图3)显示,在1kHz时噪声性能约为6nV/√Hz。相比之下,典型的低噪声ldo具有更高的噪声密度,例如MAX8887的噪声密度为500nV/√赫兹在1 khz。因此,图1电路显示了与MAX8887低噪声LDO相比38dB的改进。测量仪器的本底噪声也显示出来。


图3、图1中LDO电路的噪声密度与频率关系图。将其噪声性能与MAX8887进行了比较,MAX8887是典型的低噪声LDO



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