在本文中，我們將介紹噪聲和電源抑制比 (PSRR) 在低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器中的影響。讓我們簡(jiǎn)要討論一下什么是 LDO。

低壓降穩(wěn)壓器

低壓差或 LDO 穩(wěn)壓器是一種直流線性穩(wěn)壓器，即使提供給它的輸入電壓幾乎等于輸出電壓，也可以通過它來(lái)控制輸出電壓。LDO 有兩個(gè)組件——功率 FET 和一個(gè)差分放大器（誤差放大器）。LDO的配置見下圖：

低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 中的噪聲

低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器中的噪聲源可分為兩大類，即固有的和外部的。LDO 中的固有噪聲有兩個(gè)主要來(lái)源：

1. 內(nèi)部參考電壓。
2. 誤差放大器。

而外部噪聲就像噴氣式飛機(jī)的噪聲，是從電路外部的源傳遞的。

為了獲得 15 μA 或更低的靜態(tài)電流，現(xiàn)代 LDO 使用幾十納安的內(nèi)部偏置電流進(jìn)行管理。

降低 LDO 中的噪聲

降低 LDO 噪聲的兩種主要方法是：

1. 濾波參考電壓(基準(zhǔn)電壓)
2. 降低誤差放大器的噪聲增益

在某些 LDO 中，使用外部電容器對(duì)基準(zhǔn)進(jìn)行濾波。現(xiàn)實(shí)情況是，為了達(dá)到低噪聲條件，許多所謂的超低噪聲 LDO 需要一個(gè)外部噪聲衰減電容器。不幸的是，由于沒有進(jìn)入反饋節(jié)點(diǎn)的權(quán)利，因此無(wú)法降低固定輸出 LDO 的輸出噪聲。如果誤差放大器的噪聲貢獻(xiàn)大于參考噪聲的貢獻(xiàn)，則可以通過降低誤差放大器的噪聲增益來(lái)降低 LDO 的整體噪聲。

確定誤差放大器是否是主要噪聲貢獻(xiàn)者的唯一方法是將固定版本的噪聲與特定 LDO 的可變版本的噪聲進(jìn)行比較。如果固定 LDO 的噪聲量小于可變 LDO，那么我們可以說(shuō)誤差放大器是主要的噪聲源。

該圖顯示了一個(gè) 2.5 V 輸出可修改 LDO，其中 R1、R2、R3 和 C1 是外部組件。

R3 用于將放大器的高頻增益設(shè)置為 1.5 倍至 2 倍。而C1則用于將降噪系統(tǒng)（C1、R1和R3）的低頻零位設(shè)置在10Hz和100Hz之間，以確保將噪聲降低到1/f。

降噪 (NR) 網(wǎng)絡(luò)對(duì)高壓自適應(yīng) LDO 的噪聲頻譜密度的結(jié)果如下圖所示。

在上圖中，可以看出，在 20 Hz 和 2 kHz 之間，噪聲性能提高了大約三倍 (~10 dB)。

LDO 中的電源抑制比

PSRR 代表“電源抑制比”，隨著集成水平的提高，它在現(xiàn)代片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)計(jì)中逐漸成為越來(lái)越重要的參數(shù)。

PSRR 是兩個(gè)傳遞函數(shù)之間的比率：
? 電源節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)，即 (Asupply(ω))
? 輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn) A(ω) 的傳遞函數(shù)。A(ω) 也稱為開環(huán)傳遞函數(shù)。

PSRR(ω) = 20 · log [A(ω) /Asupply(ω)] [dB]

在哪里，

1/ Asupply(ω) 是電源增益的倒數(shù)，稱為 PSR。

從上面的等式可以明顯看出，PSRR 與 A(ω) 成正比，與 Asupply(ω) 成反比。因此，如果 Asupply(ω) 減小而開環(huán)增益 A(ω) 增大，則 PSRR 將增大。PSRR 基本上是 LDO 抑制輸入側(cè)出現(xiàn)的紋波的能力。在理想的 LDO 中，直流頻率將是唯一的輸出電壓。然而，由于高頻下出現(xiàn)的小尖峰，誤差放大器并不具有完美的功能。考慮到紋波，PSRR 表示如下：
PSRR=20 xlog RippleinputRippleoutput

實(shí)際例子

LDO 具有：

PSRR= 55 分貝

頻率 = 1 MHz

輸入紋波 = 1mV

它可以將該頻率下的 1 mV 衰減至輸出端僅 1.78 μV。因此，PSRR 增加了 6dB，這等于衰減增加了 2 倍。

大多數(shù) LDO 在較低頻率（通常為 10 Hz – 1 kHz）下具有相對(duì)較高的 PSRR。在寬帶上具有高 PSRR 的 LDO 可以抑制非常高頻的噪聲，就像開關(guān)產(chǎn)生的噪聲一樣。
PSRR 會(huì)隨著頻率、溫度、電流、輸出電壓和電壓差等一些參數(shù)而波動(dòng)。PSRR 應(yīng)為負(fù)值，因?yàn)樗糜谟?jì)算拒絕。但是，該圖表將其顯示為正數(shù)，因此圖表中的最高數(shù)字表示更高的噪聲抑制。

測(cè)量 LDO 的 PSRR

有多種測(cè)量 LDO 的 PSRR 的方法：

1. 使用LC求和節(jié)點(diǎn)測(cè)量PSRR：

測(cè)量 LDO 的 PSRR 的基本方法如下圖所示。

在這種方法中，兩個(gè)電壓（直流和交流）加在一起并施加到 LDO 的輸入端。工作點(diǎn)偏置電壓為 VDC，VAC 為噪聲源。在上圖中，電容 C 用于防止 VAC 短路 VDC，電感 L 防止 VDC 短路噪聲源。

在低頻下測(cè)量 PSRR 由電感器 L 和電容器 C 創(chuàng)建的高通濾波器決定。該濾波器的 3dB 點(diǎn)由以下
公式?jīng)Q定：Fmin=12ΠLCFmin=12ΠLC

當(dāng)頻率低于 3dB 點(diǎn)時(shí)，測(cè)量 PSRR 變得困難他們開始減弱。

2. 使用加法放大器測(cè)量 PSRR

為了獲得改進(jìn)的 PSRR 測(cè)量，描述了另一種方法，其中使用高帶寬放大器作為求和節(jié)點(diǎn)來(lái)插入信號(hào)，從而在 VAC 和 VDC 之間提供隔離。這種方法可以在下圖中看到：

在這種方法中，PSRR 是在無(wú)負(fù)載條件下測(cè)量的。

使用此方法時(shí)，在測(cè)量 PSRR 時(shí)必須牢記以下因素。

1. 輸入電容可能是高速放大器進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的原因；在測(cè)量 PSRR 之前應(yīng)移除該電容。
2. 為了減少電感效應(yīng)，Vin 和 Vout 應(yīng)立即用示波器或網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量。
3. 長(zhǎng)線會(huì)增加電感并影響結(jié)果。這就是為什么測(cè)試裝置不應(yīng)該有任何長(zhǎng)線。
4. 選擇 AC 和 DC 輸入值時(shí)應(yīng)考慮以下條件：
   ? VAC（最大值）+ VDC < LDO 的 VABS（最大值）
   ? VDC – VAC > LDO 的 VUVLO

如果滿足以下條件，將獲得最佳結(jié)果：
? VDC–VAC > Vout + Vdo + 0.5
其中：

Vout 是 LDO 的輸出電壓
Vdo 是工作點(diǎn)的特定壓降電壓。
5. 放大器的結(jié)果將開始衰減施加到 LDO 的非常高頻率的 VAC 信號(hào)。
6. MOSFET輸出阻抗與漏極電流成反比，導(dǎo)致LDO開環(huán)輸出阻抗降低，負(fù)載電流增加，增益降低。