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作者：德州儀器Aaron Paxton 在我的上一篇博文 LDO基礎知識：噪聲 – 第1部分 中，我探討了如何減少輸出噪聲和控制壓擺率，方法是為參考電壓(CNR/SS)并聯(lián)一個(gè)電容器。在本篇博文中，我將討論降低輸出噪聲的另一種方法：使用前饋電容(CFF)。 什么是前饋電容？ 前饋電容是一個(gè)可選的頂容器，與電阻分壓器的上半部電阻并聯(lián)，如圖 1 所示。 
圖 1：使用前饋電容的NMOS低壓差穩壓器(LDO) 與降噪電容(CNR/SS)相似，添加前饋電容具有多種效果。最主要的是降噪，還包括改進(jìn)穩定性、負荷響應和電源抑制比(PSRR)。（應用報告“使用前饋電容的低壓差穩壓器的優(yōu)缺點(diǎn),”詳盡討論了這些益處。）值得注意的是只有使用可調節LDO時(shí)才能使用前饋電容，因為此時(shí)電阻網(wǎng)絡(luò )在外部。 降噪 LDO進(jìn)行調節時(shí)會(huì )使用誤差放大器，而誤差放大器會(huì )使用電阻網(wǎng)絡(luò )（R1和R2）來(lái)提高參考電壓的增益，從而驅動(dòng)FET的柵極，這與同相放大器非常相似。參考的直流電壓將增加？？？倍。不過(guò)，考慮到誤差放大器的帶寬，您還可以寄望于參考電壓某些交流元件的放大功能。 通過(guò)為電阻分壓器上半部分電阻并聯(lián)電容器，您就針對特定頻率范圍引入了一個(gè)分流器。換言之，您使該頻率范圍內的交流元件貢獻于單位增益，此時(shí)R1模擬短路的情況。（請牢記所用電容器的阻抗屬性，以便確定該頻率范圍。） 如圖 2 所示，您可以看到使用不同CFF值時(shí)，TPS7A91的噪聲下降效果。
圖 2：TPS7A91噪聲 vs. 頻率和CFF值 通過(guò)為電阻分壓器上半部分電阻并聯(lián)一個(gè)100nF電容器，可將噪聲從9μVRMS降至4.9μVRMS. 改進(jìn)穩定性和瞬態(tài)響應 添加一個(gè)CFF還為L(cháng)DO反饋環(huán)路引入了零點(diǎn)(ZFF)和極點(diǎn)(PFF)，它們的計算見(jiàn)等式 1 和 2： ZFF = 1 / (2 x π x R1 x CFF) (1) PFF = 1 / (2 x π x R1 // R2 x CFF) (2) 在達到發(fā)生單位增益的頻率之前就形成零點(diǎn)，可以改善相位裕度，如圖 3 所示。
圖 3：僅使用前饋補償的典型LDO的增益/相位圖 您可以看到如果沒(méi)有ZFF，單位增益的發(fā)生大約將提前約200kHz。通過(guò)添加零點(diǎn)，單位增益頻率向右移動(dòng)了一點(diǎn)(~300kHz)，但是相位裕度也增加了。由于PFF位于單位增益頻率的右側，所以它對于相位裕度的影響也最小。 在改進(jìn)LDO的負荷瞬態(tài)響應后，將看到相位裕度的明顯增加。在相位裕度增加后，LDO輸出將減少振鈴并更快速穩定。 改善PSRR 取決于零點(diǎn)和極點(diǎn)的設置，您還可以巧妙減少增益漂移。圖 3 顯示了零點(diǎn)對從100kHz開(kāi)始的增益下降的影響。通過(guò)提高頻段內的增益，您還將改進(jìn)該頻段的環(huán)路響應。這會(huì )改善該特定頻率范圍的PSRR。參見(jiàn)圖4。
圖 4：TPS7A8300 PSRR vs. 頻率和CFF值 如圖所示，增加CFF電容值，會(huì )將零點(diǎn)推向左側。催生較低頻率范圍內產(chǎn)生更佳的環(huán)路響應和相應PSRR。 當然，您必須選擇CFF值和適當添加零點(diǎn)ZFF和極點(diǎn)PFF，這樣才不會(huì )造成不穩定。遵守上面這個(gè)數據表給出的CFF限值，即可防止不穩定情況的出現。大電容值CFF會(huì )造成前述應用報告介紹的其他問(wèn)題。 表 1 列出了有關(guān)CNR和CFF如何影響噪聲的經(jīng)驗法則。 表 1：CNR和CFF vs 頻率
結論 正如本文論述的那樣，添加一個(gè)前饋電容可降噪，改進(jìn)穩定性、負荷響應和PSRR。當然，您必須仔細選擇電容器才能維持穩定性。如果采用降噪電容器，交流性能將獲得大幅改善。這些是您需要牢記以便優(yōu)化電源的幾個(gè)方法。 其他資源： • 詳細閱讀LDO基礎知識博文。 • 閱讀應用指南：詳細檢測LDO噪聲。 • 查閱低壓差穩壓器選擇指南。 • 閱讀電子書(shū)LDO基礎知識。 | ||||||||||||||||||
