PSRR描述LDO抑制輸入源紋波電壓的能力

之前在我們的博客《什么是積分噪聲？第二部分》中，我們談到了積分噪聲及其意義。今天，我們將重點談?wù)劦蛪航捣€(wěn)壓器 (LDO) 參數(shù)和電源抑制比 (PSRR) 特性，以及它如何受到應(yīng)用的條件影響。

PSRR 描述 LDO 抑制輸入源紋波電壓的能力，可用以下公式表示：

PSRR 曲線的一個例子如圖1所示。我們可把此圖分成兩個區(qū)域。第一個區(qū)域標(biāo)記為 LDO 有源區(qū)域，涵蓋 LDO 作為有源紋波抑制器工作的頻率范圍。這代表控制回路能夠通過一個過渡器件 (pass device) 補(bǔ)償輸入紋波，并保持穩(wěn)定的輸出電壓。實際上，它的形狀幾乎與運算放大器的增益特性相同。它是線性升高的，直到控制回路不能將增益保持在期望的水平。在理想世界中，如果沒有任何輸出電容，增益就會降低，直到等于1為止。這一點被稱為過渡頻率。在現(xiàn)實世界中，一個 LDO 需要一些輸出電容來穩(wěn)定。它的阻抗與寄生阻抗共同構(gòu)成濾波器，有助于改善高頻 PSRR 特性。

圖1. 簡化的 PSRR 頻率區(qū)域圖

另一個區(qū)域 (COUT+PCB寄生區(qū))，LDO 不通過控制回路抑制輸入電壓紋波，只有一個輸出級阻抗。

LDO 的 PSRR 性能不僅受到穩(wěn)壓回路性能的影響，而且還受到一些關(guān)鍵內(nèi)部控制電路性能的影響。電源產(chǎn)生的電壓紋波通過各種內(nèi)部塊，影響輸出性能。圖2顯示了基本的 LDO 框圖和輸入電壓紋波影響輸出電壓的可能方式。

圖2. 簡化的 LDO 框圖

第一條重要路徑是內(nèi)部電壓基準(zhǔn)塊。它為誤差放大器和其他 LDO 塊生成穩(wěn)定和干凈的參考電壓。當(dāng)任何紋波電壓通過基準(zhǔn)塊到輸出時，誤差放大器將這不想要的電壓紋波復(fù)制到 LDO 輸出。這是不想要的行為，因此基準(zhǔn)電壓塊應(yīng)盡可能干凈，以獲得好的 PSRR。

第二條敏感路徑是誤差放大器電源。無論參考電壓的穩(wěn)定性如何，如果誤差放大器沒有干凈的電源電壓，結(jié)果將是不準(zhǔn)確的。耦合電壓紋波會影響放大器的增益穩(wěn)定性和頻率補(bǔ)償，導(dǎo)致輸出電壓擾動，降低 PSRR。

第三條路徑是通過過渡器件 (pass device) 耦合到輸出端。通過對穩(wěn)壓器進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，減小紋波。這是輸出電壓紋波的主要原因，設(shè)計良好的 LDO 應(yīng)該能夠在低頻和中頻區(qū)域抑制這紋波。

LDO 的 PSRR 性能也受外部應(yīng)用條件的影響。最重要的因素是負(fù)載電流、輸出電容和電壓余量。讓我們更進(jìn)一步看看這每一條路徑。

圖3顯示了穩(wěn)壓器負(fù)載電流的影響。我們可看到，在高頻范圍內(nèi)，更高的電流會使 PSRR 更差.

圖3. 輸出曲線對比 PSRR-NCP163

圖4顯示了輸出電容的選擇如何影響 PSRR。我們可看到，在高頻區(qū)域，更高的電容大大提高了 PSRR。這證實了我們以前的理論，輸出阻抗和 PCB 寄生阻抗形成一個LC濾波器，以保持較高的 PSRR。當(dāng) LDO 用作后 DC-DC 穩(wěn)壓器時，它對調(diào)節(jié) PSRR 很有用。經(jīng)驗豐富的工程師可以移動 PSRR 峰值，以準(zhǔn)確匹配變換器的開關(guān)頻率。應(yīng)保持允許的最大 COUT值。

圖4. 輸出電容值對比 PSRR – NCP163

在圖5中，我們可看到經(jīng)常被忽略的電壓余量參數(shù)及其對 PSRR 的影響。電壓余量是指 VIN-VOUT之間的電壓差，不能與 LDO 壓降混淆。在下面的例子中，NCP 163 提供了非常低的壓降，因此可以使用非常小的電壓余量來實現(xiàn)相當(dāng)好的 PSRR 性能。我們可看到，100毫伏的電壓余量足以實現(xiàn)可靠的功能，但每增加1毫伏就顯著改善 PSRR。最終回報會遞減，沒有必要使用高于300 mV的電壓余量。

圖5. 電壓余量對比 PSRR – NCP163

了解 PSRR 以及輸入電壓紋波如何耦合到 LDO 結(jié)構(gòu)中并影響其性能對于 LDO 性能非常重要。我們的下一篇博客將談?wù)?PSRR 值在實際應(yīng)用中的意義。請繼續(xù)關(guān)注。請繼續(xù)關(guān)注一些好的設(shè)計實踐的良好范圍的圖片和演示。所有的測量和圖表都采用我們的超高 PSRRNCP163。