j基于RF电路的LDO电源系统设计(抑制比和噪声的选择)

   引言

便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，将影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配。同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多加考虑。带有使能控制的低压差线性稳压器(LDO)是不错的选择。

射频电路的电源要求

大多数蜂窝电话基带芯片组射频电路需要三组电源：以满足数字电路、模拟电路和外设接口电路的需要。基带处理器的数字电路供电电压的典型值为1.8V至2.6V，一般情况下，Li离子电池电压降至3.2V-3.3V时电话将被关闭，LDO至少有500至600mV的压差，对压差要求不高。另外，数字电路本身对LDO的输出噪声和PSRR(电源抑制比)的要求也不高，只要求在轻载条件下具有极低的静态电流。

基带处理器内部模拟电路供电电压典型值是2.4V至3.0V，压差在200mV至600mV。要求LDO具有较高的低频(GSM电话为217Hz)纹波抑制能力，消除由RF功率放大器产生的电池电压纹波，同样需要较低的静态电流指标。

RF电路的接收和发送两部分的供电电压典型值为2.6V至3.0V，其中低噪声放大器(LNA)、混频器、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)和中频(IF)电路需要低噪声、高PSRR的LDO。实际应用中，VCO、PLL电路的性能直接影响射频电路指标，如发射频谱的纯度、接收器的选择性、模拟收发器的噪声、数字电路的相位误差等。噪声会改变振荡器的相频和幅频特性，同时振荡器环路也会进一步放大噪声，可能对载波产生调制。

LDO的噪声和电源抑制比

LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器，它具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。线性稳压器的框图如图1所示。   

图1线性稳压器框图

PSRR是反映输出和输入频率相同的条件下，LDO输出对输入纹波抑制能力的交流参数。它和噪声不同，噪声通常是指在10Hz至100kHz频率范围内的干扰。PSRR(dB)的表达式如下：

PSRR=20log(△Vin/△Vout)(1)

图2线性稳压器输入和输出变化

图2为SGM2007在CBP="0".01mF,ILOAD="50mA"，COUT=1mF，f=10KHz时的输出和输入的电压变化曲线。

由式(1)求得PSRR=20log(△Vin/△Vout)=60(dB)，当输入变化1V时，输出变化1mV，可见LDO纹波抑制能力还是很强的。

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1所示，导致LDO输出噪声的主要来源是基准源，由基准产生的噪声在输出端被放大。输出噪声Vn的表达式如下：

Vn=(R1+R2)/R2×Vref(2)

基准源旁路电容CBP可影响基准噪声，增大旁路电容能够使基准噪声降低。建议使用陶瓷电容的典型值为470pF到0.01mF。旁路电容会对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。

影响LDO输出噪声的其它因素还有：LDO内部极点、零点和输出极点及负载的大小。增大输出电容的容量或减轻输出负载有利于降低高频输出噪声。图3为旁路电容CBP对SGM2007输出噪声的影响。   

图3基准旁路电容对输出噪声值的影响

图4为基准旁路电容对SGM2007PSRR影响，可见增大旁路电容会在一定频率上提高PSRR的值。   

图4基准旁路电容对PSRR值的影响

LDO需要连接外部输入和输出电容器。利用较低等效串联电阻(ESR)的大容量电容器一般可以全面改善电源PSRR、噪声以及瞬态响应。陶瓷电容器通常是首选，因为它的价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵而且故障模式是短路而不被采用。输出电容器的ESR会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10mΩ量级。采用陶瓷电容时，建议使用X5R和X7R电介质材料，这是因为它们具有较好的温度稳定性。图5和图6分别为输出电容Cout对SGM2007输出噪声和PSRR的影响。可见大电容器一般在一定频率范围内会降低输出噪声和提高PSRR值。   

图6输出电容对PSRR值的影响