浅谈低压差线性稳压器的输出噪声

低压差线性稳压器（LDO）的成本低、噪声低、静态电流小，外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。但是为了满足精密电子设备的供电要求，还是要尽量减小LDO的输出噪声。

表示LDO输出噪声的方法

有三种方法可表示LDO的输出噪声。

● 在一定频率范围内，输出电压噪声的均方值 (RMS)。

● 在一定频率范围（10Hz～100kHz）内，输出电压噪声的峰峰值（见图1）。图中所示为SGM2007（ Vout=3.0V，Cout=10μF，Cbp=0.1μF，Iload=10mA ）在10Hz～100kHz内的噪声输出峰峰值。



图110Hz~100kHz内的SGM2007噪声

本文所讨论的噪声都是在一定频率范围内，如10Hz～100kHz。一般的LDO输出噪声在10Hz～20MHz内还是比较大的（见图2）。



图210Hz～20kHz内的LDO输出噪声

一般输出电压噪声的峰峰值在一定频率范围内为均方值 (RMS)的6.6倍，这就为客户在具体频率下的应用提供了很好的参考。

● 在某一频率点，输出电压的噪声密度值（nV√HZ ）。

产生噪声的原因

LDO主要包括了启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。它的基本工作原理是：系统加电，如果使能脚处于高电平时，电路开始启动。恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升。当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出电压稳定在规定值。同理，如果输入电压变化或输出电流变化，闭环回路将使输出电压保持不变，即：

Vout=（R1+R2）/R2×Vref （1）

LDO的输出噪声受其内部设计和外部旁路、补偿电路的影响。图3是LDO的简单结构框图。由图可知，LDO输出噪声的主要来源是基准电路（Voltage Reference）模块，其产生的基准噪声在输出端被放大。此外，影响LDO输出噪声的其他因素还有：LDO内部放大器的极点、零点和输出极点，外部输出电容的容值和输出电容的等效串联电阻（ESR）值，以及负载值。



图3LDO简单结构

降低输出噪声的方法

● BP 端加旁路电容

为降低基准噪声，需要在基准的输出端增加一路低通滤波器，滤波器可以集成在LDO内部或由外部电路实现。但内置滤波器占用了较大的管芯尺寸，增加了芯片的设计和生产成本。为此，有些低噪声LDO芯片只是提供一个基准的引脚BP（Bypass）,用于连接基准旁路电容。

连接基准旁路电容可降低基准噪声，使基准噪声成为产生LDO输出噪声的次要因素。建议使用典型值为 470pF～0.01μF的陶瓷电容，也可使用此范围以外的电容，但会对输入电源上电时LDO 输出电压上升的速度产生影响。旁路电容值越大，输出电压上升速率越慢。在使用时要注意这点。

图4为旁路电容对SG2001输出噪声的影响。由图可见，随着旁路电容的增大，输出噪声也会有一定程度的减少。



图4旁路电容对SG2001输出噪声的影响

● 减小LDO的负载电流。

负载电流也会在一定程度上影响LDO的输出噪声。图5为负载电流对SGM2007输出噪声影响。由图可见，随着负载电流的增大，输出噪声也会有一定的增加。为了减小负载电流对LDO输出噪声的影响，要尽量选择输出电流大的LDO。



图5负载电流对LDO噪声的影响

● 增大LDO的输出电容

LDO需要连接外部输入和输出电容器。利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高电源抑制比(PSRR)、噪声以及瞬态性能。陶瓷电容器通常是首选，因为其价格低且故障模式是断路模式。此外，输出电容器的等效串联电阻(ESR)也会影响其稳定性。陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10 mΩ量级。