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

　　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(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)業(yè)界最佳的PSRR(最高達(dá)98 dB)，阻止不想要的電源噪聲到達(dá)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(jì)易于擴(kuò)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(gè)應(yīng)用范圍內(nèi)的精確度為+/-2%。僅1 uF的輸入輸出電容實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的工作，能降低系統(tǒng)成本和體積。

　　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(jī)和監(jiān)控?cái)z像頭。該系列還用以調(diào)節(jié)干凈清晰的模擬信號(hào)，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(dá)/光達(dá)檢測和汽車高清攝像頭應(yīng)用 。

　　表2：NCP816x系列關(guān)鍵參數(shù)

　　什么是LDO和PSRR

　　穩(wěn)壓器對(duì)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(shí)際情況下，必須綜合考量有限的控制回路速度和負(fù)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(shí)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(hào)變化的能力的一個(gè)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(gè)含噪聲的環(huán)境、一個(gè)DC-DC開關(guān)，或一個(gè)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(gè)干凈的精確信號(hào)。

　　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(huì)使圖像質(zhì)量下降。尤其在講究圖像質(zhì)量的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)中，滿足超低噪聲的要求對(duì)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(dòng)態(tài)負(fù)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(dòng)態(tài)負(fù)載會(huì)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(duì)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(hào)。以下為示例演示：

　　我們使用一個(gè)NCV8163 LDO、一個(gè)外部信號(hào)發(fā)生器、兩個(gè)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(gè)AS0260與兩塊不同的電源板裝配。在一塊板(板A)上，由一個(gè)電源產(chǎn)生AS0260所需的3個(gè)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(jì)，其中包括DC-DC和高PSRR LDO產(chǎn)品NCV8163，以產(chǎn)生這3個(gè)電壓。一個(gè)外部信號(hào)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(jìn)行對(duì)比。結(jié)果，板A的圖像顯示圖像質(zhì)量隨著輸入端的信號(hào)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(hào)到像素。92 dB的PSRR額定值和100 kHz以上的增強(qiáng)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(huì)導(dǎo)致更低的數(shù)據(jù)吞吐量，而最新的高速信號(hào)IC和無線電供電中提升的信號(hào)速度和降低的電源信號(hào)需要更低的噪聲，這給設(shè)計(jì)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(gè)典型的802.11 Wi-Fi的框圖，其中有兩個(gè)高PSRR LDO穩(wěn)壓器 NCP16x，用以濾除輸入中任何對(duì)接收或者發(fā)送模擬信號(hào)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(huì)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(fù)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(duì)于在10 mA至20 mA的低電流范圍內(nèi)的Wi-Fi接收信號(hào)完整性很重要;在更高的頻率范圍，PSRR對(duì)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(jì)中：

　　A、使用建議的輸入輸出實(shí)際電容值。

　　B、選擇合適的電容器。對(duì)于某些陶瓷電容器，實(shí)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(huì)改善性能。

　　C、優(yōu)化PCB布板和接地以盡量減少外部紋波源的串?dāng)_

　　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(shí)沒有充分的空間來抑制輸入紋波信號(hào)，會(huì)降低PSRR。

　　總結(jié)

　　PSRR 是成像及射頻應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，在寬頻率范圍 (10 kHz至100 kHz)提供高PSRR對(duì)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(hào)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(jì)，是噪聲敏感應(yīng)用如射頻、傳感器、攝像機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦或無線局域網(wǎng)的極佳選擇。