Шумы в линейных стабилизаторах. часть 2: подавление пульсаций сетевого источника в линейном стабилизаторе
Мы продолжаем серию публикаций, посвященных источникам шумов в линейных стабилизаторах и методам их уменьшения.
Каждому разработчику электроники знакома цепочка «применение в разработке современных прецизионных микросхем — повышение требований к параметрам питающего напряжения». Отсюда — устойчивый спрос на микросхемы линейных стабилизаторов, являющиеся промежуточным звеном между сетевым источником питания и нагрузкой. Отсюда же — повышенные требования к напряжению на их выходе.
• Что влияет на шум на выходе линейного стабилизатора?
• Как оценить подавление пульсаций сетевого источника питания?
• Какие технические решения применить для снижения уровня шумов?
В первой части (см. НЭ №4, 2006 г.)мы отметили основные источники шумов линейного стабилизатора и рассмотрели методы снижения уровня шумов. В данном материале мы рассмотрим, каким образом в LDO преобразуются пульсации, пришедшие с выхода сетевого источника питания [2].
ВВЕДЕНИЕ
Обобщенная структурная схема питания электронного устройства приведена на рисунке 1. Линейный стабилизатор является источником теплового, дробового и фликкер-шумов.
Основными источниками шумов линейного стабилизатора являются:
• источник опорного напряжения (ИОН);
• делитель напряжения R1R2;
• входной каскад операционного усилителя.
Основные методы снижения уровня шума на выходе LDO:
• выбрать малошумящий стабилизатор;
• использовать шумоподавляю-щий конденсатор большой емкости;
• выбрать малое сопротивление резисторов делителя в цепи обратной связи и подключить небольшой конденсатор параллельно верхнему резистору делителя.
Сетевой источник питания (AC/DC-преобразователь) является источником пульсаций и шумов, которые попадают на вход линейного стабилизатора и преобразуются в нем. Для количественной оценки этого преобразования используется такой параметр, как степень подавления пульсаций источника питания (power supply ripple rejection, PSRR). PSRR особенно важен в устройствах, работающих на радиочастотах (wireless).
Параметры и характеристики
Степень подавления пульсаций источника питания в линейном стабилизаторе измеряют в децибелах (дБ):
PSSR = 20log ^-,
^ V0
где Ау — коэффициент передачи разомкнутой цепи обратной связи (ОС) линейного стабилизатора,
Ауо — коэффициент передачи «вход-выход» стабилизатора при разомкнутой цепи ОС. Упрощенная схема линейного стабилизатора с источниками шумов изобра-
жена на рисунке 2. Из формулы видно, что для увеличения подавления шумов источника питания надо увеличивать коэффициент передачи разомкнутой цепи ОС стабилизатора и уменьшать коэффициент передачи с входа на выход. Обычно величина Ауо составляет — (10...15) дБ.
Коэффициент передачи разомкнутой цепи ОС стабилизатора является основным фактором, влияющим на PSSR в ограниченной полосе частот. Стабилизаторы с хорошей PSSR обычно обладают большим коэффициентом передачи и высокой частотой единичного усиления. Однако при этих условиях трудно обеспечить стабильность петли обратной связи. Важно иметь высокую частоту единичного усиления, чтобы на относительно низких частотах не было снижения коэффициента передачи, что приводит к уменьшению PSSR.
Типовая зависимость PSSR от частоты приведена на рисунке 3. На графике имеются три различные области частот.
Область №1 от постоянного тока до частоты среза фильтра ИОН (внутренний резистор, внешний конденсатор Сподавл. шума). В этой области PSSR обеспечивается цепью ОС и источником опорного напряжения.
Область №2 простирается от частоты среза фильтра ИОН до частоты единичного усиления. В этой области PSSR определяется цепью обратной связи стабилизатора.
В области №3 (выше частоты единичного усиления) цепь обратной связи не оказывает существенного влияния на подавление пульсаций, в этой области частот преобладает влияние выходного конденсатора и паразитных элементов между входом и выходом стабилизатора. Способность драйвера затвора управлять параметрами проходного транзистора также влияет на PSSR в области №3. Если на выход стабилизатора подключить конденсатор большей емкости с меньшим эквивалентным последовательным сопротивлением ESR, это улучшит PSSR в области №3, но может уменьшить ее на других частотах. Увеличение емкости выходного конденсатора снижает частоту единичного усиления, приводя к уменьшению коэффициента передачи разомкнутой цепи ОС и снижению PSSR.
|
