ＲＦ電路中ＬＤＯ電源抑制比和噪聲的選擇

摘要：本文討論了LDO的特點以及RF電路對LDO的電源抑制比和噪聲的選擇。

關鍵詞：低壓差線性穩壓器；電源抑制比；噪聲

引言

便攜產品電源設計需要系統級思維，在開發由電池供電的設備時，諸如手機、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗產品，如果電源系統設計不合理，將影響到整個系統的架構、產品的特性組合、元件的選擇、軟件的設計和功率分配。同樣，在系統設計中，也要從節省電池能量的角度出發多加考慮。帶有使能控制的低壓差線性穩壓器(LDO)是不錯的選擇。

射頻電路的電源要求

大多數蜂窩電話基帶芯片組射頻電路需要三組電源：以滿足數字電路、模擬電路和外設接口電路的需要?；鶐幚砥鞯臄底蛛娐饭╇婋妷旱牡湫椭禐?.8V至2.6V，一般情況下，Li離子電池電壓降至3.2V－3.3V時電話將被關閉，LDO至少有500至600mV的壓差，對壓差要求不高。另外，數字電路本身對LDO的輸出噪聲和PSRR(電源抑制比)的要求也不高，只要求在輕載條件下具有極低的靜態電流。

基帶處理器內部模擬電路供電電壓典型值是2.4V至3.0V，壓差在200mV至600mV。要求LDO具有較高的低頻(GSM電話為217Hz)紋波抑制能力，消除由RF功率放大器產生的電池電壓紋波，同樣需要較低的靜態電流指標。

RF電路的接收和發送兩部分的供電電壓典型值為2.6V至3.0V，其中低噪聲放大器(LNA)、混頻器、鎖相環(PLL)、壓控振蕩器(VCO)和中頻(IF)電路需要低噪聲、高PSRR的LDO。實際應用中，VCO、PLL電路的性能直接影響射頻電路指標，如發射頻譜的純度、接收器的選擇性、模擬收發器的噪聲、數字電路的相位誤差等。噪聲會改變振蕩器的相頻和幅頻特性，同時振蕩器環路也會進一步放大噪聲，可能對載波產生調制。

LDO噪聲和電源抑制比

LDO是一種微功耗的低壓差線性穩壓器，它具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比。線性穩壓器的框圖如圖1所示。

PSRR是反映輸出和輸入頻率相同的條件下，LDO輸出對輸入紋波抑制能力的交流參數。它和噪聲不同，噪聲通常是指在10Hz至100kHz頻率范圍內的干擾。PSRR(dB)的表達式如下：

PSRR=20 log(△Vin／△Vout)(1)

圖2為SGM2007在CBP=0.01μF，I_LOAD=50mA，G_OUT=1FF，f=10KHz時的輸出和輸入的電壓變化曲線。

由式(1)求得PSRR=20 log(△Vin／△Vout)=60(dB)，當輸入變化1V時，輸出變化1mV，可見LDO紋波抑制能力還是很強的。 LDO的輸出噪聲受其內部設計和外部旁路、補償電路的影響。圖1所示，導致LDO輸出噪聲的主要來源是基準源，由基準產生的噪聲在輸出端被放大。輸出噪聲Vn的表達式如下： VII=(R₁+R₂)／R₂×Vref (2) 基準源旁路電容CBP可影響基準噪聲，增大旁路電容能夠使基準噪聲降低。建議使用陶瓷電容的典型值為470pF到0.01μF。旁路電容會對LDO輸出電壓上升的速度產生影響，旁路電容值越大，輸出電壓上升速率越慢，在使用時要注意。

影響LD0輸出噪聲的其它因素還有：LDO內部極點、零點和輸出極點及負載的大小。增大輸出電容的容量或減輕輸出負載有利于降低高頻輸出噪聲。圖3為旁路電容CBP對SGM2007輸出噪聲的影響。

圖4為基準旁路電容對SGM2007 PSRR影響，可見增大旁路電容會在一定頻率上提高PSRR的值。

LDO需要連接外部輸入和輸出電容器。利用較低等效串聯電阻(ESR)的大容量電容器一般可以全面改善電源PSRR、噪聲以及瞬態響應。陶瓷電容器通常是首選，因為它的價格低而且故障模式是斷路，相比之下鉭電容器比較昂貴而且故障模式是短路而不被采用。輸出電容器的ESR會影響其穩定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10m Ω量級。采用陶瓷電容時，建議使用X5R和X7R電介質材料，這是因為它們具有較好的溫度穩定性。

圖5和圖6分別為輸出電容Cout對SGM2007輸出噪聲和PSRR的影響。可見大電容器一般在一定頻率范圍內會降低輸出噪聲和提高PSRR值。

結語

為射頻電路選擇LDO時，要慎重比較噪聲指標和PSRR，確保基準旁路電容、輸出電容和負載條件一致。圣邦微電子公司的SGM2007低壓差線性穩壓器在10Hz至100kHz頻率范圍內的輸出噪聲為30gV(RMS)，在l kHz的頻率下PSRR高達73dB，它能夠為諸如RF接收器和發送器、壓控振蕩器和音頻放大器等對噪聲敏感的模擬電路的供電提供低噪聲、高電源紋波抑制比和快速瞬態響應。并且SGM2007的輸入電壓在2.5V～5.5V之間，適合藍牙數碼相機和個人數字助理，以及諸如無線和高端音頻產品等單個鋰電池供電或固定3.3V和5V系統。

參考文獻：

1.Maxim應用部為蜂窩電話設計選擇LDO

2.顏重光便攜產品電源芯片的應用技術

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>