PSRR和其它電源因素對手機音頻質(zhì)量的影響

圖1

對于嵌入了高分辨率音頻轉換器和音頻放大器的SoC設計或者高靈敏的MEMS來(lái)說(shuō)，這種變化將危害SoC的總體性能，特別是音頻質(zhì)量將受到嚴重影響，會(huì )聽(tīng)得到嗡嗡的噪聲。

這種噪聲的特點(diǎn)是可聽(tīng)得見(jiàn)，因為它不是隨機的噪聲。事實(shí)上，幅度低至10mv的噪聲如果以一個(gè)固定速率發(fā)生就可以被人耳聽(tīng)見(jiàn)。這種噪聲比更大幅度的隨機噪聲更讓人討厭。

防止GSM噪聲降低音頻質(zhì)量的最佳方法，就是使用具有很低壓降(LDO)和低輸出噪聲的線(xiàn)性穩壓器(LR)從鋰離子電池直接給音頻放大器供電。這種LDO線(xiàn)性穩壓器用作放大器電源的“清理”或濾波模塊。

選擇最佳線(xiàn)性穩壓器以防止GSM噪聲的關(guān)鍵標準，是穩壓器抑制來(lái)自輸入電壓的噪聲的能力，表示為電源抑制比(PSRR)。但PSRR指標還應與線(xiàn)性穩壓器的瞬態(tài)響應和壓降特性結合在一起考慮。

電源抑制比

PSRR代表了穩壓器在輸入電壓變化時(shí)保持輸出電壓穩定的能力。PSRR必須在一定的頻率范圍(當然包括關(guān)鍵的217Hz值)和穩壓器設計的最大輸出電流條件下加以規定。事實(shí)上，即使穩壓器達到最大負載要求(壓降最大)時(shí)抑制能力也必須得到確保。通常PSRR性能是在10kHz頻率點(diǎn)定義的，可能無(wú)法正確反映所期望的217Hz點(diǎn)噪聲抑制性能。

結論1：PSRR指標必須在一個(gè)完整的頻率范圍內進(jìn)行分析，以正確計算穩壓器對任何可能的噪聲源(包括217Hz)的靈敏性。

瞬態(tài)響應和壓降

PSRR并不是確保音頻輸出端聽(tīng)不到噪聲的唯一指標。線(xiàn)性穩壓器的瞬態(tài)響應特性、也就是穩壓器在電源或負載突變情況下使輸出電壓保持在理想穩定值的能力也非常重要。

假設Vin是輸入電壓，Vout是輸出電壓，Voutreg是穩定的輸出電壓，以下是需要考慮的一些要點(diǎn)：

假設Vdrop=穩壓器的最小壓降(Vin和Vout之間的最小壓差)

◎ 線(xiàn)性穩壓器設計被設計用來(lái)在輸入電壓變化時(shí)以較高的PSRR保持固定的輸出電壓。

◎ 當Vin > Voutreg + Vdrop時(shí)，線(xiàn)性穩壓器正常工作，比如以70dB的PSRR輸出穩定電壓。

◎ 當Vin Voutreg + Vdrop時(shí)，線(xiàn)性穩壓器不再調節輸出電壓，Vout=Vin-Vdrop，PSRR=0dB，輸出電壓將跟隨輸入電壓變化。

因此，線(xiàn)性穩壓器只有在Vin > Voutreg + Vdrop條件滿(mǎn)足時(shí)才具有較高的PSRR。

考慮如圖2所示的案例，其中線(xiàn)性穩壓器在3.6V的鋰離子電池和要求穩定的2.8V電壓的模擬模塊之間提供接口。

圖2

從圖2可以看到，電池電壓的500mV瞬變將如何依據線(xiàn)性穩壓器的有效壓降轉移到LDO輸出端。第1行的線(xiàn)性穩壓器(藍色實(shí)線(xiàn))具有小于100mV的壓降，因此它保持在穩壓狀態(tài)。相反，第2行的線(xiàn)性穩壓器(紅色虛線(xiàn))不能維持這樣的壓降，因為它要求輸入和輸出電壓之間至少有400mV的壓差。

結論2：對壓降非常小的線(xiàn)性穩壓器要求更加嚴格，因為電池電壓隨著(zhù)時(shí)間的推移會(huì )降低，比如降至2.9V。在整個(gè)電池電壓范圍內保持穩定電壓很重要，由此得到的結論是壓降越低，電池有效供電時(shí)間就越長(cháng)。

錯誤理解PSRR指標

具有400mV壓降指標的線(xiàn)性穩壓器是很常見(jiàn)的。甚至這種線(xiàn)性穩壓器規定的PSRR指標為85dB，但如果輸入電壓低于3.0+0.4=3.4V(圖2中的穩壓器例子)，該穩壓器就無(wú)法濾除任何噪聲，在這種情況下它的PSRR實(shí)際值為0dB!

如圖2所示，2號穩壓器的輸出端呈現的殘留TDMA噪聲在幾百個(gè)mV，無(wú)法用PSRR指標進(jìn)行預測。

結論3：為了評估線(xiàn)性穩壓器輸出端的殘留噪聲，還必須考慮有效壓降。

為了有助于SoC設計者比較兩個(gè)線(xiàn)性穩壓器，必須給出最大電流時(shí)的壓降值。這樣能確保線(xiàn)性穩壓器得到正確的校準，以便驅動(dòng)指定負載，并在所有工作條件下能正確抑制來(lái)自輸入電壓的噪聲。