LDOを使用して電源ノイズを最小限に抑える

現代のシステムにおける最も大きなノイズ源の一つは DC-DCスイッチング電源。高電力負荷を効率的にサポートできますが、スイッチング電源からのノイズは、主なスイッチング周波数から数百メガヘルツまで頻繁に発生します。搭載されているデバイスでは RFミキサー電圧制御 発振器、アナログ フロント エンド、およびその他のノイズに敏感な回路では、このノイズにより、特に高効率電源が必要な場合に最適な動作が妨げられる可能性があります。 

幸いなことに、 低ドロップアウトリニアレギュレータ（LDO） スイッチング電源の低ノイズ代替品として利用できます。中程度の負荷での効率と低ノイズのバランスが取れているため、ノイズに敏感なアプリケーションに最適なソリューションです。LDOは従来のリニア レギュレータに似ていますが、オープン コレクタまたはオープン ドレインの回路トポロジにより、入力電圧と調整された出力電圧の差が小さい場合でも、レギュレータは簡単に飽和状態になります。バイポーラとFETのオプションが利用可能ですが、特にすべての動作状態で供給電圧がドロップアウト電圧を上回るほど十分に高い場合は、FET実装の方が一般的に効率と熱特性が優れています。LDO回路は大きな容量を必要としないため、PCB上のスペースも大幅に削減できます。 インダクタ より少ない コンデンサ およびその他の関連する個別コンポーネント。一般的な設計では、LDOの周囲に少数のコンポーネントのみが必要です。 

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Diodes Incorporated リニアレギュレータ ビュー

ノイズに敏感なシステムにとって特に重要なのは、LDOが本質的に上流のスイッチング電源からのノイズとリップルを除去できることです。そのため、スイッチング ノイズが電源ノイズの影響を受けやすい回路に干渉する可能性がある状況に最適です。この特性は電源電圧変動除去比（PSRR）として知られており、次の式で計算されます。

PSRR=20 log (V_{入力リップル} / V_{出力リップル})

標準LDOは10 Hzから1 MHzまで良好なPSSRを発揮しますが、ノイズ除去を5 MHzまたは10 MHzまで拡張した高性能モデルも用意されています。LDOの設計に応じて20～70 dB以上の除去が可能ですが、通常、PSRRが高くなると静止電流と出力ノイズも高くなります。静止電流は、直列パス要素のバイアス電流とゲート駆動電流の組み合わせであり、入力電流と出力電流の差を表します。バイポーラ トランジスタの静止電流は負荷とともに増加しますが、FETは一定の低い静止電流を示します。出力ノイズは、リップルのない入力を与えられたLDOの出力における広帯域ノイズのRMS値です。これは通常数十マイクロボルトですが、このノイズをさらに低減する高度な方法が存在します。 

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ノイズをさらに低減する方法の1つは、出力ピンとフィードバック ピンの間にフィードフォワード コンデンサ を使用することです。コンデンサは高周波信号に対してより低いインピーダンス パスを提供し、LDOのPSRRと動的応答を向上させると同時に出力ノイズを低減します。ただし、フィードフォワード コンデンサが大きいと適切な起動や大きな過渡負荷動作に支障をきたす可能性があるため、コンデンサの値は慎重に選択する必要があります。 

LDOは効率的で低ノイズの出力を提供するという長所があるにもかかわらず、出力電流に制限があり、レギュレータからの熱を放出する方法が必要です。幸いなことに、これらの制限に対処し、LDOの利点をより多くのアプリケーションに拡張するための特殊な方法が開発されました。いくつかのメーカーは、単一のLDOでは十分な出力電流を供給できないか、予想される負荷で最大接合部温度を超えてしまうような状況で、出力を結合して応答性の高い高電流電源を提供できるLDOを開発しました。これらのソリューションは、1.3 Vまたは1.8 Vの低い内部ロジックを持つFPGA設計や、超低ノイズを必要とし、非常に高いスイッチング負荷を示すサーバー バックプレーンやその他のアプリケーションに最適です。これらのシステムでは、ロジックしきい値が低いため電源ノイズが重要な要素となるため、スイッチング ノイズを高いレベルで除去し、応答性の高い電源を提供する 並列LDO が理想的な選択肢となります。 

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最も感度の高い計測機器、テストおよび測定システム、オーディオ アプリケーションの場合、標準のLDOでも、設計がパフォーマンス目標を満たすのに十分な静かな出力電圧を提供できない場合があります。これらのアプリケーションでは、 超低ノイズLDO が利用可能ですが、ノイズの多い代替品と比較すると効率が低く、出力電流容量も低下する傾向があります。 

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電源ノイズに敏感なデバイスには、非常に静かな電源が必要です。LDOは、設計されているシステムとよく適合していれば、これらのアプリケーションで優れたオプションを提供できます。出力電力ニーズ、効率と熱要件、およびシステム ノイズ感度しきい値を最適化する賢明な選択により、LDOは理想的なソリューションを提供し、適切な回路動作を確保するのに役立ちます。