ANALOG/MIXEDSIGNAL
NOISE
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- ELETTRONICAOGGI 435 - APRILE 2014
sivamente dal condensatore di uscita. In figura 2 è
riportato l’andamento tipicodel PSRR in funzionedella
frequenzaevengono individuate trebande; allebasse
frequenze è dominante il comportamento dellaV
REF
, a
frequenze intermedie il PSRR è controllato dalla G
loop
,
mentre alle alte frequenze l’attenuazione è data esclu-
sivamente dal condensatore di uscita.
L’importanzadell’anellodi reazione
Comevisto inprecedenza, l’anellodi reazionehaun’im-
portanza fondamentale sulle prestazioni di rumore del
regolatore lineare. Innanzitutto è desiderabile avere un
guadagno ad anello chiuso che sia il più basso possi-
bile, idealmente unitario, inmodo da non amplificare il
rumore residuo all’ingresso dell’amplificatore di errore.
Inquestocasoancheunabandapassante limitataaiuta,
poiché si limita laquantitàdi rumore integrata.
Tuttaviaunabandapassante limitatapuò rappresentare
un problema per la reiezione dei disturbi sull’alimenta-
zione, specialmenteper lecomponenti adalta frequenza,
e pertanto è necessario scendere a un giusto compro-
messo.
Infineanche lastabilitàdel loopdi reazioneè importante.
Se la risposta in frequenza del sistema reazionato pre-
sentadelle risonanze, queste possonodar luogo adelle
oscillazioni smorzate sull’uscita (ringing) che possono
compromettere seriamente leprestazioni abasso rumo-
redel nostro regolatore lineare.
Per limitare l’occorrenza di risonanze è opportuno ope-
rareunasceltaoculatadegli elementi di filtro, inpartico-
lare il filtrodi uscita.
Regolatori lineari con rumore
ultrabasso
Analog Devices ha recentemente introdotto la famiglia
ADM715x di regolatori LDO contraddistinti da un livel-
lo di rumore molto basso, probabilmente il più basso
tra gli LDO commerciali disponibili sul mercato. Questi
dispositivi sono stati pensati per applicazioni sensibili al
rumore, in particolare oscillatori locali a basso rumore
di fase e convertitori A/D e D/A a elevata risoluzione.
ADM7150 è la famiglia con tensioni di uscita fisse,
mentre ADM7151 ha l’uscita regolabile. Caratteristiche
salienti di questi regolatori:
•
Tensionedi ingresso: 4.5V –16V
•
Correntedi uscita: 800mAmax
•
Dropout: 0.6V@5V –800mA
•
Tensionedi uscita regolabile: tra1.5Ve5.1V
•
Tensioni di uscitafisse: 16opzioni tra1.5Ve5V
•
Basso rumore: 1mV
rms
tra100Hz e100kHz
•
Densità spettrale di rumore: 1.7 nV/
√
Hz da 10 kHz a
1MHz
•
PSRR: >90dBda1kHz a100kHz@5V –400mA
Di seguito saranno presi in considerazione gli accorgi-
menti circuitali che hanno consentito il raggiungimento
di prestazioni così elevate in termini di rumoree reiezio-
neal ripple sull’alimentazione.
Con riferimento alla figura 3, in cui si riporta lo schema
a blocchi del regolatore, si può notare come il blocco
VREF sia equipaggiato con dei buffer il cui guadagno
dipendedalla tensionediuscitadesiderata;neconsegue
chenonc’ènecessitàdi variare il guadagnodell’amplifi-
catoredi erroreper regolare l’uscita.
Un primo livello di filtro viene applicato tramite il con-
densatoreCREF.Vi èpoi unulteriorefiltro, CBYP, sull’in-
gresso dell’amplificatore di errore. Modulando il valore
di CBYP è possibile ridurre sensibilmente il rumore a
bassa frequenza, comemostratonellafigura4.
L’amplificatore d’errore è configurato a guadagno uni-
tario. In questo modo il contributo di rumore residuo
proveniente dalla VREF e il rumore dell’amplificatore
stesso non subiscono amplificazione. Inoltre, essendo
il guadagno sempre lo stesso, il livellodi rumore risulta
pressoché indipendente dal valore della tensione di
uscita.
Per quanto riguarda i disturbi sull’alimentazione è stato
aggiunto un filtro attivo sulla lineaVIN che ha lo scopo
di abbatteresignificativamente il rippleprimache la ten-
sioneVIN siaapplicataal regolatore.
La tensioneVREG, che a sua volta richiede un opportu-
no condensatoredi filtro, presentapertantoun livellodi
ripple notevolmente attenuato; questo ripple è ulterior-
mente soggetto alla PSRR del regolatore e pertanto è
possibile raggiungere livellimoltoelevatidi reiezione. La
reiezione, ottenuta principalmente con filtri attivi, tende
apeggiorareallealte frequenze (60dB+a1MHz contro
i 90 dB+ a 100 kHz), per questo è importante curare il
filtro di uscita che alle alte frequenze gioca un ruolo
fondamentale.
Il dispositivo è inoltre provvisto di protezione contro il
corto circuito e protezione termica, e, tramite l’ingresso
Enable, offre lapossibilitàdi essereposto in shutdown.
Inconclusione, sonostateanalizzate lesorgenti di rumo-
re inun regolatore lineare, le tecnicheperminimizzarlee
i relativi compromessidiprogetto, la reiezioneaidisturbi
sull’alimentazione e dove agire per migliorarla e infine
l’importanzadell’anellodi reazione.
È stata anche descritta la nuova famiglia ADM715x, i
dettagli dell’architettura e gli accorgimenti circuitali che
consentono il raggiungimento di elevate prestazioni nei
sistemi ecircuiti sensibili al rumore.
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