LDO基础知识:电源抑制比

  

低压差线性稳压器(LDO)最大的优点之一是它们能够衰减开关模式电源产生的电压纹波。这对锁相环(PLL)和时钟等信号调节器件在内的数据转换器尤为重要,因为噪声电源电压会影响性能。我的同事Xavier Ramus在博客中介绍了噪音对信号调节设备的不利影响:减少高速信号链电源问题。然而,电源抑制比(PSRR)仍然通常被误认为单一的静态值。在这篇文章中,我将尝试说明什么是PSRR以及影响它的变量有哪些。

什么是PSRR

PSRR是许多LDO数据手册中的公共技术要求。它规定了某个频率的AC元件从输入到LDO输出的衰减程度。公式1表示PSRR为:

 

                  (1)

 

该等式告诉您衰减越高,每分贝的PSRR值越高。(应该指出的是,一些供应商会使用负号来表示衰减。大多数供应商,包括德州仪器都不这样用。)

在数据手册的电气特性表中找到频率为120Hz或1kHz的PSRR并不罕见。但是,单独使用此规范可能对确定指定LDO是否符合您的过滤要求没有多大帮助。让我们来看看为什么这么说。

确定您的应用程序的PSRR

图1展示了一个从12V电源轨调节4.3V的DC / DC转换器,。其次是TPS717,一款高PSRR LDO,用于调节3.3V电源轨。在4.3V电源轨上,开关产生的纹波达到±50mV。LDO的PSRR将决定 TPS717输出端的纹波量。

 

1:使用LDO来过滤开关噪声

 

为了确定衰减程度,您必须首先知道波纹在哪个频率出现。假设这个例子频率为1MHz,因为它正好处于常用开关频率范围的中间。您可以看到,指定为120Hz或1kHz的PSRR值无助于此分析。相反,您必须参考图2中的PSRR图。

 

图2:VIN - VOUT = 1V时,TPS717的PSRR曲线

 

在下列条件下,1MHz时的PSRR指定为45dB:

  • IOUT = 150mA
  • VIN – VOUT = 1V
  • COUT = 1μF

假设这些条件符合你自己的条件。在这种情况下,45dB相当于178的衰减系数。您可以预定输入端的±50mV纹波在输出端被压缩至±281μV。

改变条件

 

但假设您改变了条件,并决定将VIN - VOUT delta降至250mV,以便更有效地进行调节。然后您需要查看图3中的曲线。

 

图3:VIN - VOUT = 0.25V时,TPS717的PSRR曲线

 

您可以看到,在所有其他条件保持不变的情况下,1MHz时的PSRR降至23dB,或者说衰减系数为14。这是由于CMOS通道元件进入三极管(或线性)区域; 也就是说,随着VIN - VOUT三角接近压差电压,PSRR开始下降。(请记住,压差电压是关于输出电流以及其他因素的函数。因此,较低的输出电流会降低压差并有助于提高PSRR。)

改变输出电容也会有影响,如图4所示。

 

图4:VIN - VOUT = 0.25V,COUT =10μF时,TPS717的PSRR曲线

 

将输出电容从1μF增加到10μF,尽管VIN-VOUT增量保持在250mV,1MHz时的PSRR增加到了42dB。曲线中的高频峰已经向左移动。这是由于输出电容器的阻抗特性导致的。通过适当调整输出电容的大小,您可以调整或增加衰减,使之与特定的开关噪声频率一致。

转动所有旋钮

只需调整VIN - VOUT和输出电容,就可以改善特定应用的PSRR。但这绝不是影响PSRR的唯一变量。表1展示了各种影响因素。

 

参数

PSRR

低频

(<1kHz)

中频

(1kHz – 100kHz)

高频

(>100kHz)

VIN – VOUT

+++

+++

++

输出电容器(COUT)

没有效果

+

+++

降噪电容器(CNR)

+++

+

没有效果

前馈电容(CFF)

++

+++

+

PCB布局

+

+

+++

1:影响PSRR的变量

 

我将在未来的帖子中讨论其他影响因素。但现在,我希望您更熟悉可供给您使用的各种工具,可以帮助您设计出有效的LDO滤波器。有关LDO PSRR的更多信息,请阅读应用报告,简化LDO PSRR测量