在前天LDO 基礎(chǔ)知識(shí)：噪聲 - 降噪引腳如何提高系統(tǒng)性能一文中，我們討論了如何使用與基準(zhǔn)電壓 (CNR/SS) 并聯(lián)的電容器降低輸出噪聲和控制壓擺率。在本文中，我們將討論降低輸出噪聲的另一種方法：使用前饋電容器 (CFF)。

　　什么是前饋電容器？

　　前饋電容器是與電阻分壓器頂部電阻并聯(lián)的可選電容器，如圖 1 所示

　　圖 1：使用前饋電容器的低壓降穩(wěn)壓器 (LDO)

　　類似于降噪電容器 (CNR/SS)，添加前饋電容器具有多種影響。這些影響包括改善噪聲、穩(wěn)定性、負(fù)載響應(yīng)和電源抑制比 (PSRR)。應(yīng)用“使用前饋電容器和低壓降穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)”詳細(xì)介紹了這些優(yōu)點(diǎn)。另外，還值得注意的是，前饋電容器僅在使用可調(diào) LDO時(shí)才可行，因?yàn)?a target="_blank">電阻器網(wǎng)絡(luò)是外部的。

　　改善噪聲

　　作為電壓調(diào)節(jié)控制環(huán)路的一部分，LDO 的誤差放大器使用電阻器網(wǎng)絡(luò)（R1和 R2）來(lái)提高基準(zhǔn)電壓的增益，類似于驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極的同相放大器電路，以使VOUT = VREF? (1   R1/R2)。這種增加意味著基準(zhǔn)的直流電壓將按1   R1/R2系數(shù)提高。在誤差放大器的帶寬內(nèi)，基準(zhǔn)電壓的交流元件（例如噪聲）也會(huì)被放大。

　　通過(guò)在頂部電阻器 (CFF) 上添加電容器，會(huì)為特定頻率范圍引入交流分流器。換句話說(shuō)，該頻率范圍中的交流元件會(huì)保持在單位增益范圍內(nèi)。請(qǐng)記住，您使用的電容器的阻抗特性將決定這個(gè)頻率范圍。　　圖 2 演示了TPS7A91 噪聲的減?。ㄍㄟ^(guò)使用不同的 CFF值）。

　　圖 2：TPS7A91 噪聲與頻率和 CFF 值的關(guān)系

　　通過(guò)在頂部電阻器上添加一個(gè)100nF 電容器，您可將噪聲從 9μVRMS 降至4.9μVRMS。

　　改進(jìn)穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)

　　添加 CFF 還會(huì)在LDO 反饋環(huán)路中引入零點(diǎn) (ZFF) 和極點(diǎn) (PFF)，使用公式 1 和 2 計(jì)算得出：

　　ZFF = 1 / (2 ? π ? R1 ? CFF) (1)

　　PFF = 1 / (2 ? π ? R1 // R2 ? CFF) (2)

　　將零點(diǎn)置于發(fā)生單位增益的頻率之前可提高相位裕度，如圖 3 所示。

　　圖 3：僅使用前饋補(bǔ)償?shù)牡湫?LDO 的增益/相位圖

　　您可以看到，如果沒(méi)有 ZFF，單位增益會(huì)更早出現(xiàn)，大約為200kHz。通過(guò)添加零點(diǎn)，單位增益頻率在大約300kHz處略微向右推，但相位裕度也有所改善。由于 PFF位于單位增益頻率的右側(cè)，因此其對(duì)相位裕度的影響將是zui小的。

　　在提高 LDO 的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)后，額外的相位裕度將很明顯。通過(guò)增加相位裕度，LDO 輸出將出現(xiàn)較少的振鈴，穩(wěn)定速度會(huì)更快。

　　改善PSRR

　　根據(jù)零點(diǎn)和極點(diǎn)的位置，您還可以戰(zhàn)略性地減少增益滾降。圖 3 顯示了零點(diǎn)對(duì)從 100kHz 開始的增益滾降的影響。通過(guò)增加頻帶的增益，您還將改善該頻帶的環(huán)路響應(yīng)，從而使特定頻率范圍的 PSRR 得到改善。請(qǐng)參閱圖 4。

　　圖 4：TPS7A8300 PSRR 與頻率和 CFF 值間的關(guān)系

　　如您所見，增加 CFF 電容會(huì)將零點(diǎn)向左推，從而改善環(huán)路響應(yīng)和較低頻率范圍內(nèi)的相應(yīng) PSRR。

　　當(dāng)然，您必須選擇 CFF的值以及 ZFF和 PFF的對(duì)應(yīng)位置，以避免導(dǎo)致不穩(wěn)定性。您可以通過(guò)遵循數(shù)據(jù)表中規(guī)定的 CFF 限制來(lái)避免不穩(wěn)定性，但我們通常建議選擇介于 10nF 和 100nF 之間的值。較大的 CFF 可能會(huì)帶來(lái)前面提到的優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用中概述的其他挑戰(zhàn)。

　　表 1 列出了一些關(guān)于 CNR和 CFF如何影響噪聲的經(jīng)驗(yàn)法則。

　　表 1：CNR 和 CFF 的優(yōu)勢(shì)與頻率間的關(guān)系

　　結(jié)語(yǔ)

　　添加前饋電容器可以改善噪聲、穩(wěn)定性、負(fù)載響應(yīng)和 PSRR。當(dāng)然，您必須仔細(xì)選擇電容器以保持穩(wěn)定性。與降噪電容器配合使用時(shí)，可以大大提高交流性能。這些只是優(yōu)化電源時(shí)需要牢記的一些工具。