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安森美半導(dǎo)體的超高電源抑制比（PSRR）LDO提高無線和成像應(yīng)用性能

本文作者：安森美半導(dǎo)體點擊： 2018-06-29 11:26

前言：

射頻(RF)收發(fā)器、Wi-Fi模塊和光學(xué)圖像傳感器等應(yīng)用對開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的噪聲或殘留交流紋波較敏感。半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)袖安森美半導(dǎo)體最近推出的超高電源抑制比(PSRR)低壓降(LDO) 穩(wěn)壓器系列NCP16x及汽車變體器件NCV81x，實現(xiàn)超低噪聲，是用于這類應(yīng)用的理想電源管理方案。

安森美半導(dǎo)體的超高PSRR LDO穩(wěn)壓器系列簡介

安森美半導(dǎo)體的超高PSRR LDO穩(wěn)壓器系列采用了一種新的專利架構(gòu)，從而實現(xiàn)業(yè)界最佳的PSRR（最高達98 dB），阻止不想要的電源噪聲到達敏感的模擬電路，而超低噪聲無需額外的輸出電容。其中NCP16x系列包括NCP160、NCP161、NCP163、NCP167四款器件，輸入電壓范圍1.9 V至5.5 V，輸出電流250 mA、450 mA和700 mA，采用相同封裝，使設(shè)計易于擴展。壓降低至80 mV，最低空載靜態(tài)電流僅為12 uA，支持和幫助延長電池供電的終端產(chǎn)品的使用壽命。這些器件可提供1.2 V至5.3 V的固定輸出電壓，在整個應(yīng)用范圍內(nèi)的精確度為+/-2%。僅1 uF的輸入輸出電容實現(xiàn)穩(wěn)定的工作，能降低系統(tǒng)成本和體積。

	NCP160	NCP161	NCP163	NCP167
輸出電流(mA)	250	450	250	700
PSRR f=1 kHz (dB)	98	98	92	85
PSRR f=100 kHz (dB)	48	48	60	63
噪聲(µVRMS)	10	10	6.5	8.5
I_Q (µA)	18	18	12	12
壓降(mV)	80	150	80	210

表1：NCP16x系列關(guān)鍵參數(shù)

NCP16x LDO系列為各種不同應(yīng)用的圖像傳感器提供干凈清晰的電源方案，如手機和監(jiān)控攝像頭。該系列還用以調(diào)節(jié)干凈清晰的模擬信號，這是無線傳輸應(yīng)用如WiFi、Zigbee或窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）所需的。

NCV816x為NCP16x系列的汽車變體器件，包括NCV8160、NCV8161和NCV8163三款器件，符合AEC-Q100車規(guī)，提供汽車方案用于雷達/光達檢測和汽車高清攝像頭應(yīng)用。

	NCV8160	NCV8161	NCV8163
輸出電流(mA)	250	450	250
PSRR f=1 kHz (dB)	98	98	92
PSRR f=100 kHz (dB)	48	48	60
噪聲(µVRMS)	10	10	6.5
I_Q (µA)	18	18	12
壓降(mV)	80	150	80

表2：NCP816x系列關(guān)鍵參數(shù)

什么是LDO和PSRR

穩(wěn)壓器對獲得穩(wěn)定的電源電壓至關(guān)重要。LDO穩(wěn)壓器能夠在電源輸入和輸出端之間保持低壓差。理想情況下，無論輸出電流、輸入電壓、熱漂移或工作壽命（老化）如何變化，LDO都能保持恒定的輸出電壓。然而實際情況下，必須綜合考量有限的控制回路速度和負載電流的快速變化、線路瞬態(tài)效應(yīng)、電子器件的固有噪聲等因素的影響，以實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定和精確。

PSRR是廣泛用以描述電子電路抑制輸入到輸出端電源信號變化的能力的一個術(shù)語，本文特指LDO穩(wěn)壓器抑制任何輸入耦合到輸出的電源噪聲的能力，輸入端可能有一個含噪聲的環(huán)境、一個DC-DC開關(guān)，或一個長的PCB走線，我們想要防止這種噪聲被耦合，并在輸出端有一個干凈的精確信號。

為何高的PSRR很重要

在成像應(yīng)用中，注入到系統(tǒng)中的任何噪聲都會使圖像質(zhì)量下降。尤其在講究圖像質(zhì)量的先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中，滿足超低噪聲的要求對車輛的安全操作至關(guān)重要。如圖1所示，在DC-DC應(yīng)用中，有很多噪聲可被耦合到圖像傳感器上。而采用LDO則有非常干凈和穩(wěn)定的輸出。圖像傳感器的動態(tài)負載范圍在1千赫茲到1兆赫之間?；谡徊东@的圖像，在不同的軌道上動態(tài)負載會發(fā)生變化，這變化發(fā)生在每一讀取列和每一讀取列之間。因此，在較高頻率下，高的PSRR可改善圖像質(zhì)量。

圖1： DC-DC轉(zhuǎn)換器和LDO的紋波對比

例如，安森美半導(dǎo)體的NCV8163用于ADAS的圖像傳感器應(yīng)用中，通過濾除電源噪聲來改善圖像質(zhì)量，避免電源噪聲損壞施加到像素的電壓信號。以下為示例演示：

我們使用一個NCV8163 LDO、一個外部信號發(fā)生器、兩個相同的CMOS圖像傳感器系統(tǒng)單芯片（SOC）AS0260、兩塊不同的電源板。兩個AS0260與兩塊不同的電源板裝配。在一塊板（板A）上，由一個電源產(chǎn)生AS0260所需的3個電壓，并直接提供給AS0260。在另一塊板上（板B），采用電源參考設(shè)計，其中包括DC-DC和高PSRR LDO產(chǎn)品NCV8163，以產(chǎn)生這3個電壓。一個外部信號發(fā)生器用以產(chǎn)生噪聲，并將其注入兩塊板的電源輸入端，以進行對比。結(jié)果，板A的圖像顯示圖像質(zhì)量隨著輸入端的信號噪聲被傳送到像素電壓而發(fā)生變化；板B的圖像質(zhì)量較板A有所改善，這得益于添加了NCV8163，從而阻止輸入噪聲的影響，帶來干凈清晰的信號到像素。92 dB的PSRR額定值和100 kHz以上的增強頻率性能使NCV8163成為圖像傳感器應(yīng)用的極佳選擇。

在RF應(yīng)用中，系統(tǒng)中產(chǎn)生噪聲會導(dǎo)致更低的數(shù)據(jù)吞吐量，而最新的高速信號IC和無線電供電中提升的信號速度和降低的電源信號需要更低的噪聲，這給設(shè)計帶來挑戰(zhàn)。超高PSRR的LDO可解決這一挑戰(zhàn)。如圖2 所示，這是一個典型的802.11 Wi-Fi的框圖，其中有兩個高PSRR LDO穩(wěn)壓器 NCP16x，用以濾除輸入中任何對接收或者發(fā)送模擬信號產(chǎn)生任何影響的任何電源噪聲，以確保有前后一致的數(shù)據(jù)吞吐量，并且不會丟失通信協(xié)議中的任何比特。

圖2：802.11 Wi-Fi應(yīng)用典型框圖

了解PSRR曲線

在PSRR曲線圖中，橫軸表示頻率，單位Hz，豎軸表示紋波抑制，單位 dB。在10 Hz至100 kHz的頻率范圍，PSRR受LDO有源控制；而在高于100 kHz的頻率范圍，PSRR更多的受系統(tǒng)中無源器件（電容器、負載電流、PCB布板）的影響。以NCP163的PSRR曲線為例，如圖3 所示，在10 Hz至10 kHz的頻率范圍，PSRR曲線非常平緩，這對于在10 mA至20 mA的低電流范圍內(nèi)的Wi-Fi接收信號完整性很重要；在更高的頻率范圍，PSRR對圖像傳感器質(zhì)量很重要，例如NCP163在100 kHz的PSRR超過60 dB。

圖3：NCP163的PSRR曲線

影響PSRR性能的因素

1、LDO的選擇
在0至100 kHz的頻率范圍， PSRR取決于LDO穩(wěn)壓器的性能。

2、在應(yīng)用設(shè)計中：
• 使用建議的輸入輸出實際電容值。
• 選擇合適的電容器。對于某些陶瓷電容器，實際電容值隨直流偏壓和您的應(yīng)用的工作溫度范圍而變化，因此增加更多的電容并不一定會改善性能。
• 優(yōu)化PCB布板和接地以盡量減少外部紋波源的串擾

3、工作條件

確保應(yīng)用中輸入和輸出電壓間足夠的電壓余量。LDO工作在接近Dropout模式時沒有充分的空間來抑制輸入紋波信號，會降低PSRR。

總結(jié)

PSRR 是成像及射頻應(yīng)用的一個關(guān)鍵參數(shù)，在寬頻率范圍 (10 kHz至100 kHz)提供高PSRR對于終端應(yīng)用性能非常重要。安森美半導(dǎo)體在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，新推出的超高PSRR LDO NCP16x系列及其汽車變體器件NCV816x系列具備業(yè)界領(lǐng)先的PSRR，比一些傳統(tǒng)的LDO高 30 dB，通過有效地降噪提升成像質(zhì)量、保持信號完整性和最大化每比特供電能效，小體積還適用于高密度設(shè)計，是噪聲敏感應(yīng)用如射頻、傳感器、攝像機、智能手機、平板電腦或無線局域網(wǎng)的極佳選擇。

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