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LDO裕量及其对输出噪声和PSRR 的影响
依据深亚微米工艺的最新千兆级模仿电路对电源电压的要求越来越低，在有些状况下，还不到1 V。这些高频电路往往需求较大的供电电流，因而，或许在散热方面存在困难。规划方针之一是使功耗降至电路功能肯定需求的水平。
开关形式DC-DC转换器是最高效的电源，有些器材功率可超越95%，但其价值是电源噪声，一般在较宽带宽规模内都存在噪声问题。一般用低压差线性调理器(LDO)铲除供电轨中的噪声，但也需求，在功耗和添加的体系热负荷之间做出权衡。为了缓解这些问题，运用LDO 时，可使输入和输出电压之间在较小的压差（裕量电压）本文旨在评论低裕量电压对电源按捺和总输出噪声的影响。
LDO电源按捺与裕量
LDO 电源按捺比(PSRR)与裕量电压相关——裕量电压指输入与输出电压之差。关于固定裕量电压，PSRR跟着负载电流的进步而下降，大负载电流和小裕量电压条件下特别如此。图1所示为ADM7160超低噪声、2.5V线性调理器在200mA 负载电流和200mV、300mV、500mV 和1V 裕量电压条件下的PSRR。跟着裕量电压的减小，PSRR也会减小，压差或许变得非常大。例如，在100kHz下，裕量电压从1V 变为500 mV，成果将使PSRR削减5dB。但是，裕量电压的较小改变，从500mV 变为300mV，成果会导致PSRR下降18dB 以上。
图2 闪现了LDO 的框图。跟着负载电流的添加，PMOS 调整元件的增益会减小，它脱离饱满状态，进入三极作业区。成果使总环路增益减小，导致PSRR下降。裕量电压越小，增益降幅越大。跟着裕量电压持续减小到一个点，此刻，操控环路的增 益降至1，PSRR降至0dB。
导致环路增益减小的另一个要素是通路中元件的电阻，包含FET的导通电阻、片内互连电阻和焊线电阻。能够依据压差推算出该电阻。例如，选用WLCSP封装的ADM7160在200mA下的最大压差为200mV。使用欧姆定律，调整元件的电阻约为1Ω，能够把调整元件近似地当作固定电阻与可变电阻之和。
流过该电阻的负载电流导致的压差减去FET的漏极源极作业电压。例如，在1 Ω FET条件下，200 mA的负载电流会使漏极源极电压下降200 mV。在预算裕量为500 mV或1 V 的LDO的PSRR 时，有必要考虑调整元件上的压差，由于调整FET的作业电压实际上只需300 mV或800 mV。
容差对LDO裕量的影响
客户一般要求使用工程师协助他们挑选适宜的LDO，以便在负载电流Z 条件下从输入电压Y发生低噪声电压X，但在设置这些参数时，往往疏忽了输入和输出电压容差这个要素。跟着裕量电压值变得越来越小，输入和输出电压的容差或许对作业条件构成巨大的影响。输入和输出电压的最差条件容差始终会导 致裕量电压下降。例如，最差条件下的输出电压或许高1.5%，输入电压或许低3%。当经过一个3.8 V源驱动3.3 V的调理器时，最差条件裕量电压为336.5 mV，远低于预期值500 mV。在最差条件负载电流为200 mA的状况下，调整FET 的漏极源极电压只需136.5 mV。在这种状况，ADM7160 PSRR或许远远低于标称值55 dB（10 mA时）。
压差形式下的LDO的PSRR
客户经常会就LDO在压差形式下的PSRR讨教使用工程师。开端时，这似乎是个合理的问题，但只需看看简化的框图，就知道这个问题毫无意义。当LDO作业于压差形式时，调整FET 的可变电阻部分为零，输出电压等于输入电压与经过调整FET 的RDSON的负载电流导致的压降之差。LDO不进行调理，并且没有增益来按捺输入端的噪声；仅仅充任一个电阻。FET的RDSON与输出电容一同构成一个RC滤波器，供给少数剩余PSRR，但一个简略的电阻或铁氧体磁珠即可完结同一使命，并且愈加经济高效。
在低裕量作业形式下保持功能
在低裕量作业形式下，需求考虑裕量电压对PSRR的影响，不然，会导致输出电压噪声水平高于预期。如图3 所示的PSRR与裕量电压联系曲线一般可在数据手册中找到，并且能够用来确认给定条件下能够完成的噪声按捺量。
但是，有时候，经过展现LDO的PSRR怎么有用滤除源电压中的噪声，能够愈加容易地看到这种信息的使用价值。下面的曲线图展现了LDO在不同裕量电压下时，对总输出噪声的影响。
图4 展现的是2.5 V ADM7160在500 mV裕量和100 mA负载条件下，相关于E3631A台式电源的输出噪声，该台式电源在20 Hz至20 MHz规模内的额外噪声低于350 μV-rms。1 kHz以下的许多杂散为与60 Hz线路频率整流相关的谐波。10kHz以上的宽杂散来自发生终究输出电压的DC-DC转换器。1 MHz以上的杂散源于环境中与电源噪声不相关的RF 源。在10Hz至100kHz规模内，这些测验所用电源的实测噪声为56 μVrms，含杂散为104μV。LDO按捺电源上的一切噪声，输出噪声约为9 μV-rms。
当裕量电压降至200 mV时，跟着高频PSRR挨近0 dB，100 kHz以上的噪声杂散开端穿过噪底。噪声略升至10.8 μV rms。跟着裕量降至150 mV，整流谐波开端影响输出噪声，后者升至12μVrms。在大约250 kHz 处呈现起伏适中的峰值，因而虽然总噪声的添加量并不大，但灵敏电路也或许遭到晦气影响。跟着裕量电压进一步下降，功能遭到影响，与整流相关的杂散开端在噪声频谱中闪现出来。图5所示为100-mV裕量条件下的输出。噪声已上升至12.5 μV rms。谐波所含能量很少，因而，杂散噪声仅仅略有添加，为12.7 μV rms。
当裕量为75 mV时，输出噪声遭到严重影响，整流谐波呈现在整个频谱中。Rms噪声升至18 μV rms，噪声与杂散之和升至27μV rms。超越~200 kHz规模的噪声被衰减，由于LDO环路无增益，充任一个无源RC滤波器。当裕量为65 mV时，ADM7160选用压差作业形式。如图6 所示，ADM7160的输出电压噪声实际上与输入噪声相同。现在，rms噪声为53 μVrms，噪声与杂散之和为109 μV rms。超越~100 kHz 规模的噪声被衰减，由于LDO充任一个无源RC 滤波器。
高PSRR、超低噪声LDO
如ADM7150 超低噪声、高PSRR调理器一类的新式LDO实际上级联了两个LDO，因而，成果得到的PSRR约为各个级之和。这些LDO要求略高的裕量电压，但能够在1 MHz条件下完成超越60 dB的PSRR，较低频率下，PSRR能够远超100 dB。
图7 所示为一个5 V的ADM7150的噪声频谱密度，其负载电流为500 mA，裕量为800 mV。10 Hz至100 kHz规模内，输出噪声为2.2 μV rms。跟着裕量降至600 mV，整流谐波开端闪现，但当输出噪声升至2.3 μV rms时，其对噪声的影响很小。
当裕量为500 mV时，可在12 kHz处显着看到整流谐波和峰值，如图8所示。输出电压噪声升至3.9 μV rms。
当裕量为350 mV时，LDO选用压差作业形式。此刻，LDO再也不能调理输出电压，充任一个电阻，输出噪声升至近76 μV rms，如图9所示。只需FET的RDSON和输出端的电容构成的极点衰减输入噪声。
定论
现代LDO越来越多地用于铲除供电轨中的噪声，这些供电轨一般经过能够在较宽频谱下发生噪声的开关调理器完成。开关调理器以超高的功率构成这些电压轨，但自身耗能的LDO既会削减噪声，也会导致功率下降。因而，应尽量下降LDO的作业裕量电压。
如前所述，LDO的PSRR为负载电流和裕量电压的函数，会随负载电流的添加或裕量电压的削减而削减，由于，在调整管的作业点从饱满作业区移至三极作业区时，环路增益会下降。
经过考虑输入源噪声特性、PSRR 和最差条件容差，规划师能够优化功耗和输出噪声，为灵敏型模仿电路打造出高效的低噪声 电源。
在裕量电压超低的条件下，输入和输出电压的最差条件容差或许对PSRR构成影响。在规划时充分考虑最差条件容差能够保证牢靠的规划，不然规划的具有较低的PSRR的电源解决方案，其总噪声也会高于预期。
参阅电路
线性调理器
Morita, Glenn. “可调理输出低压差稳压器的降噪网络。.” 《模仿对话》, 第48 卷第1 期，2014。
Morita, Glenn. “低压差调理器——为什么挑选旁路电容很重要.” 《模仿对话》, 第45 卷第1 期，2011。
Morita, Glenn. 低压差(LDO)调理器的噪声源 低压差(LDO)调理器的噪声源。AN-1120 使用笔 记。 ADI 公司，2011。
