共模低噪声负压 LDO-GM1402（低噪音设计）

上面文章太长了，分开写，数据手册里面有一段详细的对低噪音设计的内容，这里我进行了更加深入的分析。

LDO工作原理简析

框图

框图

该 LDO 采用 NMOS 管作调整管，输出控制逻辑如下：

基准电压源为 −1.186 V（或 −1.22 V），通过误差放大器将参考电压与反馈电压进行比较，调节 NMOS 栅压以控制输出电压，保持稳定

对于可调版本，用户可外接分压电阻  设定输出电压：

俩个版本

俩个版本

降噪设计（用于 ADC 应用）

GM1402 特别强调“低噪声”和“可编程降噪”能力，非常适合高分辨率 ADC 前级供电：

固定输出版本

内部误差放大器单位增益 + 基准直接驱动输出；输出噪声可达10 µVRMS（极为优秀）。

可调输出版本

默认噪声稍高（约 50~122 µVRMS），但支持外接降噪元件进行优化：

增加 RNR 和 CNR（并联在 RFB1 上），降低高频增益，提升 PSRR 和降低噪声；经优化后噪声可降至 19 µVRMS。

降噪计算示例：

其中  是 RFB1 与 RNR 的并联值。

如果增强 PSRR ， 建议使用 CNR（100 nF）+ RNR 降噪网络提升滤波效果。

比较有意思的是，它说了这个加电容降低噪音的设计：

这样

这样

但是没有给特别详细的仿真，下面就来补全，当然了，PSRR和真的是没有办法比较的。

GM1402 简化版 PSRR（电源抑制比）响应

GM1402 简化版 PSRR（电源抑制比）响应

仿真模型使用了一个 2 阶低通滤波器，截止频率设为 10kHz，近似表示 GM1402 的频域降噪特性。

可以看到：

在低频（10 Hz ~ 1 kHz） 区间，PSRR 保持很高（> 70 dB）

截止点约在 10 kHz 附近

高于 100 kHz 后迅速衰减，这也符合 LDO 抑制纹波频率范围的典型表现，这可以说明模型能有效抑制输入电源中的高频干扰。

GM1402 输出噪声在加入外部降噪网络（CNR + RNR）前后的对比仿真

GM1402 输出噪声在加入外部降噪网络（CNR + RNR）前后的对比仿真

蓝色曲线：原始输出噪声，包含：

白噪声（10 µV RMS）

1/f 粉红噪声（5 µV RMS）

橙色曲线：加入模拟的降噪网络后（模拟 CNR ≈ 100 nF, 滚降点 ≈ 300 Hz）

明显高频噪声减少；整体波动幅度减小，输出更干净

使用 CNR + RNR 外部电路可有效抑制高频噪声，带来类似数据手册中降噪电路所描述的性能：

从 122 µV RMS → 降低至约 19.2 µV RMS

GM1402 输出噪声在频域上的仿真分析

GM1402 输出噪声在频域上的仿真分析

功率谱密度 PSD（单位：dBµV²/Hz）：

蓝色曲线：原始噪声

低频段（10 Hz ~ 1 kHz）表现出明显的 1/f 特性

高频段平坦，对应 白噪声部分

整体噪声较宽频，尤其对 ADC 不友好

橙色曲线：降噪后（CNR + RNR 滤波）

高于约 300 Hz 的频率被显著抑制（相当于一个低通滤波器作用）

高频 PSD 至少降低了 15–25 dB

噪声带宽明显收窄 —— 等效噪声功率降低

降噪网络将高频噪声从输出中过滤掉，从而降低进入 ADC 的带内噪声，提升系统 ENOB（有效位数）

CNR + RNR 网络模拟了数据手册中建议的降噪策略，验证了其真实有效性。

这是真实的测量图

这是真实的测量图

下面我仿真一下其它的参数下的情况：

负载瞬态响应（IOUT 从 10mA → 200mA 的变化）

Dropout 情况（VIN 靠近 VOUT，测试稳压性能）

结果

结果

负载瞬态响应（左图）

模拟场景：从轻载 10 mA → 突然跳变到重载 200 mA

模型：输出电容 2.2 µF + LDO 内部输出阻抗约 0.2 Ω

结果说明：

在负载跳变后，输出电压出现短暂跌落（<100 mV）

通过输出电容滤波和环路调节快速恢复，符合 GM1402 的快速响应特性

和数据手册中图 21“负载瞬态响应”行为一致，说明 GM1402 对 ADC 或高动态负载变化场景具有良好瞬态稳定性

Dropout 行为（右图）

模拟场景：将 VIN 从 −5.5 V 缓慢升高至 −5.0 V

Dropout 电压典型值设定为 88 mV

结果说明：

当 VIN − VOUT < 88 mV（即 VIN 高于 −5.088 V）时，输出开始掉压

一旦 VIN 接近 −5.0 V，LDO 已无法维持稳定 −5.0 V 输出

说明 GM1402 具有较低压差（LDO 本质），便于在电源裕度有限的系统中使用