LDO 잡음은 어떻게 측정해야 할까? (2)
애플리케이션의 잡음 측정
시스템의 전원 공급 장치로 볼 수 있는 잡음 측정을 위해, 어떤 회로든 실제 애플리케이션에 사용될 회로로 LDO를 구동해야 한다. 그렇게 하면 다운스트림 부품이 보이는 잡음을 확인할 수 있다.
LDO의 내부 발생 잡음과 LDO의 전원 공급 장치 잡음이 결합된 것으로, LDO의 전원 공급 장치 잡음은 LDO의 전원 공급 장치 제거비(PSRR)에 의해 감쇠된다. 그래서 LDO가 스위칭 레귤레이터에 의해 구동된다면, 잡음을 측정하는데 사용되는 것과 동일한 스위칭 레귤레이터를 사용하는 것이 가장 좋다.
스위처와 LDO를 나타내는 2개의 별개 EVM을 함께 와이어로 연결하여 사용할 수 있지만, 이론상 이러한 측정은 완제품 보드나 이와 최대한 비슷한 보드에서 해야 한다. 그래야 부하 디바이스가 입력 공급장치에서 보이는 잡음에 대해 더욱 정확한 그림을 그릴 수 있다. 그 이유는 고주파수 잡음은 여러 기생 경로를 통해 그라운드 영역이나 공급장치 영역, 혹은 모두에 쉽게 커플링 될 수 있기 때문이다.
더불어 부하 디바이스에 최대한 가깝게 측정 연결을 해야 그 부하로 인한 실제 잡음에 대해 보다 정확한 그림을 그릴 수 있다. 사용할 보드가 출력 위치에서 SMA 연결이나 BNC 연결을 갖지 못한 경우에는, 부하 디바이스의 입력 커패시터나 LDO의 출력 커패시터, 둘 중 하나의 터미널에 SMA 커넥터를 납땜하는 방법이 있다.
이 방법은 매우 까다롭기 때문에 와이어를 연결할 때 충분히 기계적 토크(torque)를 주고 커패시터를 보드에서 뜯어낼 수 있도록 한다.
양산 전 잡음 벤치마킹
여러 LDO를 양산 보드에 올리지 않고 서로 비교하려면, 평가 모듈(EVM)을 이용해 출력 잡음을 측정할 수 있다. 이때 같은 회로를 사용해도 EVM이 양산 보드와 다른 결과를 내놓을 수도 있는데, 이는 부품 배치와 라우팅이 서로 달라서 생기는 기생 커플링의 차이 때문이다.
EVM에서 LDO를 테스트하기 위해서는 전자 부하 대신 저항식 부하를 사용해 부하의 잡음 기여를 최소화해야 한다는 점을 명심하자. 이 부하 저항기를 최대한 입력 전원 공급 장치의 음 터미널에 가깝게 접지시켜야 그라운드 영역의 과도한 잡음 발생을 막을 수 있다. EVM의 비교적 작은 그라운드 영역의 큰 그라운드 전류가 잡음 측정에 영향을 줄 수 있다. 이 부분은 그림 5의 예시를 참고한다.
그림 5. 입력 공급장치 근처에 부하 레지스터 접지
차폐 연결을 이용해 최대한 인덕티브 루프의 크기를 제한한다. EVM이 출력 위치에 SMA 연결이나 BNC 연결을 갖지 못한 경우, LDO의 출력 캡 터미널에 SMA를 납땜해보자. 앞서 언급했듯이, 이 방법은 꽤 까다로울 수 있으며 그로 인한 배열은 취약할 수 있다.
빠른 구조 가이드
• LDO와 보드에 대한 테스트 준비를 한다.
• 저항식 부하를 이용해 필요한 부하를 VOUT에 연결한다. 이때 입력 공급장치에 가깝게 접지하는 것이 좋다.
• EVM을 금속(또는 금속 코팅) 상자 안에 넣고 입력 공급장치 위치에서 접지해 환경적인 잡음을 차폐한다.
• 차폐 동축 케이블을 이용하여 필요한 VIN, VOUT, Venable 등을 연결한다.
• AC 커플링 커패시터의 한 쪽을 EVM 출력에 연결한다. 이후, AC 커플링 커패시터의 다른 쪽을 측정에 사용되는 애널라이저에 연결한다.
• 측정한다.
추가 조언
• 측정 장비의 잡음 플로어가 LDO의 잡음 플로어보다 낮은지 확인한다.
• 이 잡음 플로어가 LDO의 잡음보다 크거나 비슷하다면, 저잡음 연산 증폭기를 이용해 잡음을 늘린다.
• 게인 저항기를 작게 유지해 잡음 기여를 제한한다.
• 사용 중인 게인이 측정할 주파수 범위 전반에 걸쳐 평평한지 확인한다.
• 평평하지 않다면, 게인을 낮추거나 잡음 데이터를 변환할 때 게인의 롤 오프를 처리해야 한다.
• uV/√Hz로 된 잡음 데이터를 얻은 후, 증폭기의 게인 V/V으로 나눈다.
• AC 커플링 커패시터는 저주파수 잡음을 제대로 포착할 수 있을 만큼 커야 한다(10Hz 측정의 경우 3∼10mF).
• 모든 연결과 와이어를 최대한 짧게 하거나 차폐해야 환경 잡음 픽업을 줄일 수 있다.
Kyle Van Renterghem _ 텍사스 인스트루먼트
