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安森美半导体的超高电源抑制比(PSRR)LDO 提高无线和成像应用性能

时间:2018-06-29 来源:21ic

射频(RF)收发器、Wi-Fi模块和光学图像传感器等应用对开关稳压器产生的噪声或残留交流纹波较敏感。半导体行业领袖安森美半导体最近推出的超高电源抑制比(PSRR)低压降(LDO) 稳压器系列NCP16x及汽车变体器件NCV81x,实现超低噪声,是用于这类应用的理想电源管理方案。

本文引用地址: http://power.21ic.com//ldo/technical/201806/72344.html

安森美半导体的超高PSRR LDO稳压器系列简介

安森美半导体的超高PSRR LDO稳压器系列采用了一种新的专利架构,从而实现业界最佳的PSRR(最高达98 dB),阻止不想要的电源噪声到达敏感的模拟电路,而超低噪声无需额外的输出电容。其中NCP16x系列包括NCP160、NCP161、NCP163、NCP167四款器件,输入电压范围1.9 V至5.5 V,输出电流250 mA、450 mA和700 mA,采用相同封装,使设计易于扩展。压降低至80 mV,最低空载静态电流仅为12 uA,支持和帮助延长电池供电的终端产品的使用寿命。这些器件可提供1.2 V至5.3 V的固定输出电压,在整个应用范围内的精确度为+/-2%。仅1 uF的输入输出电容实现稳定的工作,能降低系统成本和体积。

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表1:NCP16x系列关键参数

安森美半导体的超高PSRR LDO稳压器系列采用了一种新的专利架构,从而实现业界最佳的PSRR(最高达98 dB),阻止不想要的电源噪声到达敏感的模拟电路,而超低噪声无需额外的输出电容。其中NCP16x系列包括NCP160、NCP161、NCP163、NCP167四款器件,输入电压范围1.9 V至5.5 V,输出电流250 mA、450 mA和700 mA,采用相同封装,使设计易于扩展。压降低至80 mV,最低空载静态电流仅为12 uA,支持和帮助延长电池供电的终端产品的使用寿命。这些器件可提供1.2 V至5.3 V的固定输出电压,在整个应用范围内的精确度为+/-2%。仅1 uF的输入输出电容实现稳定的工作,能降低系统成本和体积。

NCP16x LDO系列为各种不同应用的图像传感器提供干净清晰的电源方案,如手机和监控摄像头。该系列还用以调节干净清晰的模拟信号,这是无线传输应用如WiFi、Zigbee或窄带物联网(NB-IoT)所需的。

 

NCV816x为NCP16x系列的汽车变体器件,包括NCV8160、NCV8161和NCV8163三款器件,符合AEC-Q100车规,提供汽车方案用于雷达/光达检测和汽车高清摄像头应用 。

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表2:NCP816x系列关键参数

什么是LDO和PSRR

稳压器对获得稳定的电源电压至关重要。LDO稳压器能够在电源输入和输出端之间保持低压差。理想情况下,无论输出电流、输入电压、热漂移或工作寿命(老化)如何变化,LDO都能保持恒定的输出电压。然而实际情况下,必须综合考量有限的控制回路速度和负载电流的快速变化、线路瞬态效应、电子器件的固有噪声等因素的影响,以实现输出电压的稳定和精确。

PSRR是广泛用以描述电子电路抑制输入到输出端电源信号变化的能力的一个术语,本文特指LDO稳压器抑制任何输入耦合到输出的电源噪声的能力,输入端可能有一个含噪声的环境、一个DC-DC开关,或一个长的PCB走线,我们想要防止这种噪声被耦合,并在输出端有一个干净的精确信号。

为何高的PSRR很重要

在成像应用中,注入到系统中的任何噪声都会使图像质量下降。尤其在讲究图像质量的先进驾驶辅助系统(ADAS)中,满足超低噪声的要求对车辆的安全操作至关重要。如图1所示,在DC-DC应用中,有很多噪声可被耦合到图像传感器上。而采用LDO则有非常干净和稳定的输出。图像传感器的动态负载范围在1千赫兹到1兆赫之间。基于正被捕获的图像,在不同的轨道上动态负载会发生变化,这变化发生在每一读取列和每一读取列之间。因此,在较高频率下,高的PSRR可改善图像质量。

 

 

图1: DC-DC转换器和LDO的纹波对比

例如,安森美半导体的NCV8163用于ADAS的图像传感器应用中,通过滤除电源噪声来改善图像质量,避免电源噪声损坏施加到像素的电压信号。以下为示例演示:

我们使用一个NCV8163 LDO、一个外部信号发生器、两个相同的CMOS图像传感器系统单芯片(SOC)AS0260、两块不同的电源板。两个AS0260与两块不同的电源板装配。在一块板(板A)上,由一个电源产生AS0260所需的3个电压,并直接提供给AS0260。在另一块板上(板B),采用电源参考设计,其中包括DC-DC和高PSRR LDO产品NCV8163,以产生这3个电压。一个外部信号发生器用以产生噪声,并将其注入两块板的电源输入端,以进行对比。结果,板A的图像显示图像质量随着输入端的信号噪声被传送到像素电压而发生变化;板B的图像质量较板A有所改善,这得益于添加了NCV8163,从而阻止输入噪声的影响,带来干净清晰的信号到像素。92 dB的PSRR额定值和100 kHz以上的增强频率性能使NCV8163成为图像传感器应用的极佳选择。

在RF应用中,系统中产生噪声会导致更低的数据吞吐量,而最新的高速信号IC和无线电供电中提升的信号速度和降低的电源信号需要更低的噪声,这给设计带来挑战。超高PSRR的LDO可解决这一挑战。如图2 所示,这是一个典型的802.11 Wi-Fi的框图,其中有两个高PSRR LDO稳压器 NCP16x,用以滤除输入中任何对接收或者发送模拟信号产生任何影响的任何电源噪声,以确保有前后一致的数据吞吐量,并且不会丢失通信协议中的任何比特。

 

 

图2:802.11 Wi-Fi应用典型框图

了解PSRR曲线

在PSRR曲线图中,横轴表示频率,单位Hz,竖轴表示纹波抑制,单位 dB。在10 Hz至100 kHz的频率范围,PSRR受LDO有源控制;而在高于100 kHz的频率范围,PSRR更多的受系统中无源器件(电容器、负载电流、PCB布板)的影响。以NCP163的PSRR曲线为例,如图3 所示,在10 Hz至10 kHz的频率范围,PSRR曲线非常平缓,这对于在10 mA至20 mA的低电流范围内的Wi-Fi接收信号完整性很重要;在更高的频率范围,PSRR对图像传感器质量很重要,例如NCP163在100 kHz的PSRR超过60 dB。

 

 

图3:NCP163的PSRR曲线

影响PSRR性能的因素

1、LDO的选择

在0至100 kHz的频率范围, PSRR取决于LDO稳压器的性能。

2、在应用设计中:

· 使用建议的输入输出实际电容值。

· 选择合适的电容器。对于某些陶瓷电容器,实际电容值随直流偏压和您的应用的工作温度范围而变化,因此增加更多的电容并不一定会改善性能。

· 优化PCB布板和接地以尽量减少外部纹波源的串扰

3、工作条件

确保应用中输入和输出电压间足够的电压余量。LDO工作在接近Dropout模式时没有充分的空间来抑制输入纹波信号,会降低PSRR。

总结

PSRR 是成像及射频应用的一个关键参数,在宽频率范围 (10 kHz至100 kHz)提供高PSRR对于终端应用性能非常重要。安森美半导体在这一领域处于领先地位,新推出的超高PSRR LDO NCP16x系列及其汽车变体器件NCV816x系列具备业界领先的PSRR,比一些传统的LDO高 30 dB,通过有效地降噪提升成像质量、保持信号完整性和最大化每比特供电能效,小体积还适用于高密度设计,是噪声敏感应用如射频、传感器、摄像机、智能手机、平板电脑或无线局域网的极佳选择。

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