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2、LDO 噪声与 VCO 输出相噪的关系 电源引入噪声对锁相环中各个有源器件都可能造成影响，其中最为敏感的部分是 VCO，本文将着重讨论 LDO 输出噪声对 VCO 相噪的影响。 一个典型的 LDO 供电的频综系统框图如图 7 所示：加载在电源上的噪声信号通过频率调制过程调制到 VCO 的输出，造成 VCO 输出相噪恶化。  根据经典调频系统理论，调制指数β 由式（3）来表示  对于电源噪声调制，式中的频率背离（Frequency Deviation）可由下式得到  式中，Kpush 是 VCO 的电源推压指数，它表征的是 VCO 对电源噪声波动的灵敏度，单位用MHz/V 来表示；A 是电源噪声信号幅度。 对于采用 LDO 供电的射频频综来说，通常用 LDO 的指定频率偏移的频谱噪声密度Sldo（f）（Noise Spectrum Density）来表征电源噪声，由于它是一个 RMS 电压值，所以式（4）可以表示为  将式（5）带入式（3），可以得到  式中， f 是相应的频率偏移。 由不同频率成分噪声调制到载波输出引起的单边带噪声，由下式表示  将式（6）带入式（7）有  由式（8）可见，对于给定的 VCO，由于Kpush 是一个确定的值，因此由 LDO 噪声引起的 VCO 输出相噪是由 LDO 的噪声频谱密度（Noise Spectrum Density）决定的。 3、采用不同 LDO 进行射频频综供电对比测试 3.1 TPS7A8101/TPS74401 频综供电对比测试 TPS7A8101 和 TPS74401 是 TI 推出的两款高性能 LDO 芯片。与 TPS74401 相比, 由于具有更高的环路增益和带宽，TPS7A8101 具有更高的电源噪声抑制比（PSRR）；然而，由于具有更好的系统稳定性，TPS74401 拥有更低的噪声频谱密度（NSD），如下图 8 所示。  下面我们分别采用 TPS7A78101 和 TPS74401 评估板对 TRF3765 评估板进行供电，比较两者的输出相噪。测试设置如下图 9 所示，LDO 的输入 5V 电源由 Agilent E3634 提供，通过 LDO 评估板后转变成 3.3V 给 TRF3765 供电。TRF3765 采用评估板上自带的 61.44MHZ 晶振作为参考输入，输出频率为 2.28GHz。TRF3765 的射频输出连到 R&S FSQ8 相噪分析仪上测试相应的相噪曲线。  两者对比测试结果如下图 10 所示，  由上图看见，采用 TPS7A8101 供电，TRF3765 在整个积分区间内（1KHz~10MHz）的 RMS 抖动为 0.62ps；而 TPS74401 的 RMS 抖动仅为 0.44ps。 3.2 TPS7A8101 输出电路优化及其对频综相噪的影响 TPS7A8101 评估板初始原理图如图 11 所示，由上节的测试结果可知，采用该电路给 TRF3765供电，RMS 抖动为 0.62ps。  第一章中我们已经讨论了 LDO 加一个前馈电容可以有效的提高电源的环路稳定性，从而降低LDO 的输出噪声频谱密度。基于此，我们在 TPS7A8101 输出加一个 0.47 µF 的前馈电容，修改后的原理图如下图 12 所示。 针对修改前后的设计，我们对比测试了相应的 TRF3765 相噪曲线，如图 13 所示，由图可见，增加 0.47 µF 输出电容后，1KHz 到 10MHz 的 RMS 抖动由 0.62ps 提高到 0.49ps。 4 结论 综合以上两组测试的测试结果，可以得到下表 由表 1 可以看到，由于 TPS74401 的噪声频谱密度最小，在给频综供电的时候可以取得最好的相噪性能；TPS7A8101 噪声频谱密度相对较大，在给频综供电的时候取得的相噪性能相对较差；但是通过优化 TPS7A8101 的输出电路设计，频综的相位噪声得到了明显的改善。 实测结果很好的验证了前文的理论分析，即：LDO 的噪声频谱密度参数（NSD）决定了由电源噪声引起的 VCO 相噪恶化；通过提高 LDO 的环路稳定性可以达到降低噪声频谱密度的目的，从而改善频综的输出相噪。 |
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