低压降稳压器的PSRR特性

之前在我们的博客《什么是积分噪声？第二部分》中，我们谈到了积分噪声及其意义。今天，我们将重点谈谈低压降稳压器 (LDO) 参数和电源抑制比 (PSRR) 特性，以及它如何受到应用的条件影响。
PSRR 描述 LDO 抑制输入源纹波电压的能力，可用以下公式表示：

顾鸿兰

2019-7-26 11:50:07

PSRR 曲线的一个例子如图1所示。我们可把此图分成两个区域。第一个区域标记为 LDO 有源区域，涵盖 LDO 作为有源纹波抑制器工作的频率范围。这代表控制回路能够通过一个过渡器件 (pass device) 补偿输入纹波，并保持稳定的输出电压。实际上，它的形状几乎与运算放大器的增益特性相同。它是线性升高的，直到控制回路不能将增益保持在期望的水平。在理想世界中，如果没有任何输出电容，增益就会降低，直到等于1为止。这一点被称为过渡频率。在现实世界中，一个 LDO 需要一些输出电容来稳定。它的阻抗与寄生阻抗共同构成滤波器，有助于改善高频 PSRR 特性。

图1. 简化的 PSRR 频率区域图
另一个区域 (COUT +PCB寄生区)，LDO 不通过控制回路抑制输入电压纹波，只有一个输出级阻抗。
LDO 的 PSRR 性能不仅受到稳压回路性能的影响，而且还受到一些关键内部控制电路性能的影响。电源产生的电压纹波通过各种内部块，影响输出性能。图2显示了基本的 LDO 框图和输入电压纹波影响输出电压的可能方式。

图2. 简化的 LDO 框图

黄乃康

2019-7-26 11:50:18

第一条重要路径是内部电压基准块。它为误差放大器和其他 LDO 块生成稳定和干净的参考电压。当任何纹波电压通过基准块到输出时，误差放大器将这不想要的电压纹波复制到 LDO 输出。这是不想要的行为，因此基准电压块应尽可能干净，以获得好的 PSRR。
第二条敏感路径是误差放大器电源。无论参考电压的稳定性如何，如果误差放大器没有干净的电源电压，结果将是不准确的。耦合电压纹波会影响放大器的增益稳定性和频率补偿，导致输出电压扰动，降低 PSRR。
第三条路径是通过过渡器件 (pass device) 耦合到输出端。通过对稳压器进行适当的补偿，减小纹波。这是输出电压纹波的主要原因，设计良好的 LDO 应该能够在低频和中频区域抑制这纹波。
LDO 的 PSRR 性能也受外部应用条件的影响。最重要的因素是负载电流、输出电容和电压余量。让我们更进一步看看这每一条路径。
图3显示了稳压器负载电流的影响。我们可看到，在高频范围内，更高的电流会使 PSRR 更差.

图3. 输出曲线对比 PSRR-NCP163

黄伟

2019-7-26 11:50:20

图4显示了输出电容的选择如何影响 PSRR。我们可看到，在高频区域，更高的电容大大提高了 PSRR。这证实了我们以前的理论，输出阻抗和 PCB 寄生阻抗形成一个LC滤波器，以保持较高的 PSRR。当 LDO 用作后 DC-DC 稳压器时，它对调节 PSRR 很有用。经验丰富的工程师可以移动 PSRR 峰值，以准确匹配变换器的开关频率。应保持允许的最大 COUT 值。

图4. 输出电容值对比 PSRR – NCP163
在图5中，我们可看到经常被忽略的电压余量参数及其对 PSRR 的影响。电压余量是指 VIN-VOUT 之间的电压差，不能与 LDO 压降混淆。在下面的例子中，NCP 163 提供了非常低的压降，因此可以使用非常小的电压余量来实现相当好的 PSRR 性能。我们可看到，100毫伏的电压余量足以实现可靠的功能，但每增加1毫伏就显着改善 PSRR。最终回报会递减，没有必要使用高于300 mV的电压余量。

图5. 电压余量对比 PSRR – NCP163
了解 PSRR 以及输入电压纹波如何耦合到 LDO 结构中并影响其性能对于 LDO 性能非常重要。我们的下一篇博客将谈谈 PSRR 值在实际应用中的意义。请继续关注。请继续关注一些好的设计实践的良好范围的图片和演示。所有的测量和图表都采用我们的超高 PSRR NCP163。

徐丽丽

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顾鸿兰

黄乃康

黄伟

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