上一篇文章LDO基础知识 | 有关噪声的那些事儿,你都知道吗?中探讨了如何减少输出噪声和控制压摆率,方法是为参考电压(CNR/SS)并联一个电容器。本篇文章将讨论降低输出噪声的另一种方法:使用前馈电容(CFF)。
前馈电容是一个可选的顶容器,与电阻分压器的上半部电阻并联,如图 1 所示。
![“图](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58486-o1.jpg)
与降噪电容(CNR/SS)相似,添加前馈电容具有多种效果。最主要的是降噪,还包括改进稳定性、负荷响应和电源抑制比(PSRR)。(应用报告“使用前馈电容的低压差稳压器的优缺点,”详尽讨论了这些益处。)值得注意的是只有使用可调节LDO时才能使用前馈电容,因为此时电阻网络在外部。
LDO进行调节时会使用误差放大器,而误差放大器会使用电阻网络(R1和R2)来提高参考电压的增益,从而驱动FET的栅极,这与同相放大器非常相似。参考的直流电压将增加数倍。不过,考虑到误差放大器的带宽,您还可以寄望于参考电压某些交流元件的放大功能。
通过为电阻分压器上半部分电阻并联电容器,您就针对特定频率范围引入了一个分流器。换言之,您使该频率范围内的交流元件贡献于单位增益,此时R1模拟短路的情况。(请牢记所用电容器的阻抗属性,以便确定该频率范围。)
如图 2 所示,您可以看到使用不同CFF值时,TPS7A91的噪声下降效果。
![“图](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58487-o2.jpg)
通过为电阻分压器上半部分电阻并联一个100nF电容器,可将噪声从9μVRMS降至4.9μVRMS。
添加一个CFF还为LDO反馈环路引入了零点(ZFF)和极点(PFF),它们的计算见等式 1 和 2:
![“”](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58488-o3.png)
在达到发生单位增益的频率之前就形成零点,可以改善相位裕度,如图 3 所示。
![“图](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58489-o4.jpg)
您可以看到如果没有ZFF,单位增益的发生大约将提前约200kHz。通过添加零点,单位增益频率向右移动了一点(~300kHz),但是相位裕度也增加了。由于PFF位于单位增益频率的右侧,所以它对于相位裕度的影响也最小。
在改进LDO的负荷瞬态响应后,将看到相位裕度的明显增加。在相位裕度增加后,LDO输出将减少振铃并更快速稳定。
取决于零点和极点的设置,您还可以巧妙减少增益漂移。图 3 显示了零点对从100kHz开始的增益下降的影响。通过提高频段内的增益,您还将改进该频段的环路响应。这会改善该特定频率范围的PSRR。参见图4。
![“图](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58490-o5.jpg)
如图所示,增加CFF电容值,会将零点推向左侧。催生较低频率范围内产生更佳的环路响应和相应PSRR。
当然,您必须选择CFF值和适当添加零点ZFF和极点PFF,这样才不会造成不稳定。遵守上面这个数据表给出的CFF限值,即可防止不稳定情况的出现。大电容值CFF会造成前述应用报告介绍的其他问题。
表 1 列出了有关CNR和CFF如何影响噪声的经验法则。
![“表](http://mouser.eetrend.com/files/2019-01/wen_zhang_/100017364-58491-o6.png)
正如本文论述的那样,添加一个前馈电容可降噪,改进稳定性、负荷响应和PSRR。当然,您必须仔细选择电容器才能维持稳定性。如果采用降噪电容器,交流性能将获得大幅改善。这些是您需要牢记以便优化电源的几个方法。
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本文转载自:德州仪器
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