В электронных системах используется множество различных регуляторов с малым падением напряжения (LDO), но относительно немногие из них предназначены для приложений с низкими уровнями шумов. (Например, MAX8887 компании Maxim обеспечивает шумовое напряжение около 42 мкВ с. к. з.). Однако для некоторых приложений, таких как сверхмалошумящие измерительные генераторы, требуется еще более низкий уровень шума источника питания. Чтобы достичь такого уровня, в схеме на Рисунке 1 объединены малошумящие компоненты и элементы дополнительной фильтрации, позволяющие получить минимальный выходной шум всего 6 нВ/√Гц.
 |
|
| Рисунок 1. | Выходной шум этого LDO регулятора составляет всего 6 нВ/√Гц, что делает его идеальным источником питания для малошумящих генераторов. |
Микросхема IC1 источника опорного напряжения (ИОН) MAX6126 отличается низким выходным шумом. Фильтр нижних частот R1C1 еще больше уменьшает этот шум, ослабляя шумовые частоты выше частоты среза IC1, равной 0.16 Гц. Отфильтрованное опорное напряжение подается на инвертирующий вход усилителя ошибки IC2 (MAX4475), который регулирует выходное напряжение с помощью истокового повторителя на мощном p-канальном MOSFET Q1. Резисторы обратной связи R2 и R3 устанавливают выходное напряжение в соответствии с формулой:
Упрощенная для шумового анализа диаграмма иллюстрирует вклад каждого компонента в общий шум (Рисунок 2). Фильтр нижних частот R1C1 ослабляет высокочастотные составляющие выходного шума ИОН. Шумовой ток операционного усилителя, равный 0.5 фА/√Гц, пренебрежимо мал по сравнению с шумовым напряжением 4.5 нВ/√Гц. Шум источника опорного напряжения добавляется к шумовому напряжению операционного усилителя, поскольку фактически они соединены последовательно.
 |
|
| Рисунок 2. | В этой упрощенной версии схемы Рисунок 1 выделены источники шума для анализа. |
Составляющая шума, вносимого MOSFET, появляется на выходе транзистора Q1.
Шум на инвертирующем входе микросхемы IC2 равен шуму на его неинвертирующем входе:
и
где
VN_OUT – выходной шум LDO регулятора,
VN_REF – шум источника опорного напряжения,
VN_OPAMP – приведенный к входу шум ОУ,
H(f) – передаточная функция фильтра нижних частот R1C1.
Если интересующая шумовая частота оказывается значительно ниже частоты среза фильтра, шумом ИОН можно пренебречь, и выходной шум схемы LDO состоит только из шума операционного усилителя, умноженного на коэффициент усиления с обратной связью. Петля обратной связи подавляет шум VN_FET, вносимый MOSFET, поэтому его вклад может не учитываться. Для частот в пределах полосы пропускания контура обратной связи схема LDO также подавляет пульсации и шумовые напряжения, создаваемые источником питания.
 |
|
| Рисунок 3. | График зависимости плотности шума от частоты для схемы LDO на Рисунке 1 проходит на 38 дБ ниже, чем у обычного малошумящего LDO регулятора, – в данном случае, MAX8887. |
На Рисунке 3 показан график зависимости плотности шума от частоты для схемы на Рисунке 1, минимальный уровень которой составляет примерно 6 нВ/√Гц на частоте 1 кГц. Для сравнения на графике также показана шумовая характеристика измерителя шума и гораздо более высокая плотность шума типичной схемы LDO – например, 500 нВ/√Гц на частоте 1 кГц для малошумящего LDO регулятора MAX8887.
Купить MAX4475 на РадиоЛоцман.Цены
