低壓降（LDO）穩(wěn)壓器

穩(wěn)壓器在想要從不穩(wěn)定或可變的電源中獲得穩(wěn)定電源電壓的應(yīng)用至關(guān)重要。這類(lèi)電源包括逐漸放電式的電池或整流后的交流電壓等。而對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的噪聲或殘留交流紋波較敏感的應(yīng)用，包括射頻收發(fā)器、Wi-Fi 模塊和光學(xué)圖像傳感器，采用線(xiàn)性穩(wěn)壓器來(lái)可最大限度地減少整個(gè)系統(tǒng)的錯(cuò)誤和誤差。

能夠在電源輸入和輸出端之間保持低壓差的線(xiàn)性穩(wěn)壓器通常稱(chēng)為低壓降（LDO）穩(wěn)壓器。其基本特點(diǎn)是無(wú)論輸出電流、輸入電壓、熱漂移或工作壽命（老化）如何變化，都能保持恒定的輸出電壓。這些是理想條件，但現(xiàn)實(shí)世界中的情況卻有些不同。由于 LDO 輸出電壓并非絕對(duì)穩(wěn)定，因此主要會(huì)影響以下操作功能：

a）由于有限的控制回路速度，負(fù)載電流的快速變化會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的變化。有時(shí)內(nèi)部調(diào)節(jié)回路無(wú)法對(duì)電流的快速變化（由于時(shí)間延遲）作出反應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致通常約為幾十毫伏（mV）的下沖/過(guò)沖。

b）輸入電壓的快速變化（通常是由 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓紋波引起的）無(wú)法通過(guò)控制回路完全過(guò)濾，于是輸入電壓的變化會(huì)一定程度地反映在輸出電壓中，該參數(shù)稱(chēng)為電源抑制比（PSRR），且通常是頻變參數(shù)。一些制造商標(biāo)示的 PSRR 為負(fù)數(shù)，有些則為正數(shù)。一般而言，PSRR 絕對(duì)值越高，從輸入到輸出的傳輸干擾信號(hào)就越少。通常情況下，受到干擾的輸入電壓會(huì)以 mV 或更低的單位級(jí)別傳輸至輸出端。相似地，輸入電壓的快速變化（即“線(xiàn)路瞬態(tài)響應(yīng)”）可發(fā)生于 LDO 輸出端。

c）半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)自身會(huì)產(chǎn)生固有的噪聲，主要是由自由原子與基礎(chǔ)材料晶體結(jié)構(gòu)碰撞而引起。由于固有噪聲是一種半導(dǎo)體中與電流傳導(dǎo)原理相關(guān)的物理現(xiàn)象，因此可以通過(guò)一些技術(shù)來(lái)抑制，但是不可能將其徹底去除。現(xiàn)代 LDO 的輸出噪聲可以達(dá)到數(shù)以百計(jì)的微伏（uV）甚至更小，但是頂級(jí) LDO 產(chǎn)生的噪聲就會(huì)達(dá)到微伏（uV）單位。

d）其他影響還包括輸入電壓的一個(gè)緩慢變化及其對(duì)線(xiàn)路調(diào)整率的影響、負(fù)載電流的一個(gè)緩慢變化及其對(duì)負(fù)載調(diào)整率、導(dǎo)熱系數(shù)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響。

在現(xiàn)實(shí)世界中，必須綜合考量所有這些影響及其作用，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定和精確。因此，有必要仔細(xì)考量上述的情況可能關(guān)乎一個(gè)特定應(yīng)用。例如對(duì)于需要最佳圖像質(zhì)量的攝像機(jī)應(yīng)用，LDO 對(duì)負(fù)載電流變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就是最為重要的。當(dāng)噪聲值低于100 uVrms 且 PSRR 值為常規(guī)水平（高于50 dB）時(shí)，對(duì)圖像質(zhì)量的影響就微不足道。

什么是LDO噪聲呢？

一般來(lái)說(shuō)，噪聲分為兩類(lèi)，內(nèi)部噪聲和外部噪聲。

其中，內(nèi)部噪聲是不可避免的，每個(gè)電子設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部噪聲。LDO由理想的源供電，這意味著它不受外界影響，因此在輸入端沒(méi)有外部噪聲（雖然LDO在輸出端確實(shí)有內(nèi)部噪聲）。

而外部噪聲是由外界影響（輸入處的紋波——實(shí)際源）產(chǎn)生的各種噪聲，輸入波紋與電源抑制比（PSRR）有關(guān)。

另外，還有如熱和閃爍等噪聲的不同類(lèi)別。具體來(lái)說(shuō)，熱噪聲是由粒子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散，熱噪聲的存在沒(méi)有外部電壓連接。與之不同的是，閃爍噪聲是由粒子電流的隨機(jī)變化引起的，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移。漂移是由外部電壓引起的，這意味著沒(méi)有外部電壓就不可能存在閃爍噪聲。

除此之外，噪聲也可按頻譜劃分。我們可以用顏色來(lái)識(shí)別特定的噪聲頻譜，例如白色、粉紅色、棕色、灰色等。通過(guò)顏色識(shí)別的第一種噪聲是白噪聲，它在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)是平滑的。

那么，我們?nèi)绾螠y(cè)量噪聲呢？如前所述，內(nèi)部噪聲是由輸入端有理想源的LDO產(chǎn)生的噪聲。在實(shí)際測(cè)量中，這個(gè)理想的源可能是電池，它比LDO穩(wěn)壓器具有更低的內(nèi)部噪聲。這種噪聲與頻率有關(guān)，它由一個(gè)參數(shù)表示，如頻譜噪聲密度曲線(xiàn)或積分噪聲值（在通常為10 Hz至100 kHz的特定頻率范圍內(nèi)，輸出噪聲電壓以微伏- uVRMS表示）。

什么是頻譜噪聲密度？如果您及時(shí)測(cè)量噪聲，您只能看到噪聲的絕對(duì)振幅值，但不能看到所有噪聲屬性的頻率。正如上面的圖片所示，噪聲在x10的范圍內(nèi)。頻譜噪聲密度曲線(xiàn)是所產(chǎn)生的噪聲之和，每一噪聲都是在窄幅的頻率范圍內(nèi)測(cè)量的，您可在下面的圖片中看到頻譜噪聲密度。

LDO輸出端的噪聲也與負(fù)載有關(guān)。負(fù)載消耗電流Iout，該電流值等于電阻 RLOAD。與負(fù)載相關(guān)的是多個(gè)RLOAD和輸出電容COUT。較高的RLOAD值或較高的 COUT值意味著與負(fù)載相關(guān)的曲線(xiàn)部分向較低頻率移動(dòng)。在上面的圖片中，您可以看到與IOUT有關(guān)；在下面的圖片中，您可看到與COUT有關(guān)。

審核編輯：黃飛