低压差（LDO）调节器的噪声源（二）

比较LDO噪声指标

均方根噪声用单一数值表示，因此它是用于比较不同LDO性能的一个有用指标。然而，进行比较的LDO的噪声指标必须是在相同的测试条件下测得。

例如，在10 Hz至100 kHz范围内，1.2 V输出的ADP223均方根噪声约为27.7 μV rms.如果噪声带宽降到100 Hz至100kHz,则均方根噪声降至约26.2μV rms.均方根噪声之所以降低，是因为进行的噪声测量不再包括10 Hz至100 Hz范围内的8.9μV rms噪声。

此外还必须留意所考虑的LDO的降噪特性。对于需要外部电容进行降噪的LDO,不使用电容时的噪声可能比使用电容时高100倍。在要求小尺寸和低成本的应用中，出于节省PCB面积和成本考虑，可能会选择不需要外部降噪电容，但噪声略高于需要降噪电容的LDO.

LDO PSRR

LDO的PSRR常常与内部噪声相混淆。简单地说，PSRR衡量电路抑制电源输入端出现的外来信号(噪声和纹波)，使这些干扰信号不致于破坏电路输出的能力。电路的PSRR定义如下：

其中，VEIN和VEOUT分别是输入端和输出端出现的外来信号。

对于ADC、DAC和放大器等电路，该PSRR适用于向目标电路内部供电的输入端。对于LDO,输入电源引脚为调节输出电压和内部电路供电。

PSRR与频率的关系

PSRR不是通过单一值来定义，因为它与频率相关。如图1所示，LDO由基准电压、误差放大器、MOSFET或双极性晶体管等功率调整元件组成。误差放大器提供直流增益以便调节输出电压。误差放大器的交流增益特性在很大程度上决定了LDO的PSRR.典型LDO在10 Hz时可能具有高达80 dB的PSRR,但在数十kHz时则可能降至仅20 dB.

误差放大器增益带宽与PSRR的关系如图9所示。本例已进行高度简化，输出电容和调整元件寄生效应被忽略。

PSRR等于60 dB开环增益的倒数，直到3 kHz时增益开始滚降。PSRR以20 dB/10倍的速率降低，直到3 MHz时PSRR达到0 dB;对于此后所有更高的频率，PSRR保持0 dB不变。

图9. 简化的LDO增益与PSRR的关系

图10的PSRR曲线显示了表征LDO PSRR的三个主要频域：

基准电压PSRR区、开环增益区和输出电容区。

图10. 典型LDO PSRR与频率的关系

基准电压PSRR区取决于基准电压放大器的PSRR和LDO开环增益。理想情况下，基准电压放大器完全不受电源扰动的影响。实际上，基准电压只需要抑制最高数十Hz的电源噪声，因为误差放大器反馈确保在低频时具有高PSRR.

在大约10 Hz以上的第二区中，PSRR主要由LDO的开环增益决定。此区中的PSRR是误差放大器增益带宽(最高为单位增益频率)的函数。在低频时，误差放大器的交流增益等于直流增益并保持不变，直至达到3 dB滚降频率。在高于3dB滚降点的频率，误差放大器的交流增益随着频率提高而降低，变化速率通常为20 dB/10倍。

在误差放大器的单位增益频率以上，控制环路的反馈对PSRR无影响，PSRR由输出电容和输入与输出电压之间的任何寄生效应决定。在这些频率，输出电容ESR和ESL以及电路板布局布线会强烈影响PSRR.为了降低高频谐振的影响，必须特别注意布局布线。

PSRR与负载电流的关系

如PSRR与频率的关系部分所述，LDO的PSRR取决于误差放大器反馈环路的增益带宽，任何会影响此环路增益的因素都会影响LDO的PSRR.负载电流可以通过两种方式影响PSRR.

在低负载电流下(通常小于50 mA)，调整元件的输出阻抗很高。由于控制环路的负反馈，LDO输出似乎是理想的电流源。输出电容和调整元件形成的极点导致输出阻抗出现在相对较低的频率，并且往往会提高低频时的PSRR.低电流时输出级的高直流增益往往也会提高误差放大器单位增益点以下频率时的PSRR.

在重负载电流下，LDO输出不太像是一个理想电流源，调整元件的输出阻抗相对较低，导致输出级的增益降低。输出级增益的下降使得直流到反馈环路单位增益频率范围内的PSRR降低。图11显示直流增益随着负载电流的降低而显着下降。从200 mA到100 mA,ADP151的直流增益下降超过20 dB.

输出级带宽因为输出极点频率的提高而提高。在高频时，PSSR似乎应当随着环路带宽的提高而提高，但实际上，由于总环路增益的降低，高频PSRR可能没有提高。一般而言，轻负载时的PSRR优于重负载时的PSRR.

图11. 典型LDO PSRR与负载电流的关系(ADP151)

PSRR与LDO裕量的关系

LDO的PSRR也与输入到输出的压差或裕量有关。对于固定裕量电压，PSRR随着负载电流的提高而降低，这在重负载电流和小裕量电压时尤其明显。图12显示了2.8 V输出ADP151在200 mA负载、500 mV和1 V裕量下的PSRR差异。

随着负载电流提高，调整元件(ADP151的P-MOSFET)脱离饱和状态，进入三极工作区，其增益相应地降低，这导致LDO的总环路增益降低，因而PSRR下降。裕量越小，则增益降幅越大。在某些小裕量电压，控制环路根本没有增益，PSRR降至0.

图12. 典型LDO PSRR与裕量的关系(ADP151)。