影響LDO電壓穩(wěn)定的因素 LDO噪聲與PSRR之間的差異

低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）是一種廣泛應用于電子設備中的電源管理電路。它的主要功能是將輸入電壓降低到所需的輸出電壓，并保持輸出電壓的穩(wěn)定。然而，在實際應用中，LDO可能會受到多種因素的影響，導致輸出電壓不穩(wěn)定。

影響LDO電壓穩(wěn)定的因素

1.由于控制回路的反應速度有限，當負載電流快速變化時，內(nèi)部的調(diào)節(jié)回路無法及時對電流的變化做出迅速的反應（傳輸延遲），有時就會導致大概幾十mV的過沖。如果想內(nèi)部的反應更迅速，那就只能選擇靜態(tài)功耗較大的LDO。

2.當輸入電壓快速變化時，常見的就是輸入端電壓的紋波太大，LDO無法將其完全的過濾，于是輸入電壓中較大的紋波，就會無可避免的體現(xiàn)在輸出的紋波。LDO 的PSRR就是這個含義。LDO的PSRR越大，就說明LDO對紋波抑制的效果越好，從輸入傳輸?shù)捷敵龅母蓴_信號越少，PSRR是隨頻率變化的參數(shù)，當頻率越高時PSRR越小，抑制效果越差。

3.半導體結構自身會產(chǎn)生固有的噪聲，主要是由自由原子與基礎材料晶體結構碰撞而引起。由于固有噪聲是一種半導體中與電流傳導原理相關的物理現(xiàn)象，因此可以通過一些技術來抑制，但是不可能將其徹底去除。現(xiàn)代 LDO 的輸出噪聲可以達到數(shù)以百計的微伏（uV）甚至更小

LDO內(nèi)部噪聲的主要類型

噪聲是晶體管和電阻器內(nèi)產(chǎn)生的純物理現(xiàn)象。晶體管會產(chǎn)生散粒噪聲和閃爍噪聲。MOSFET 的電阻元件（如電阻器）也會產(chǎn)生熱噪聲。熱噪聲和散粒噪聲本質(zhì)上是隨機的，其功率在頻譜上是平坦的。在放大器帶寬范圍內(nèi)，功率都是平坦的。MOSFET 柵極上的電荷被捕獲時，會產(chǎn)生閃爍噪聲。散粒噪聲符合泊松分布，而 1/f 噪聲（閃爍噪聲）的功率與頻率成反比，即頻率越低，噪聲越高。1/f 噪聲是系統(tǒng)的主要噪聲來源，僅次于熱噪聲。（請參閱圖 2-1）

圖 LDO 噪聲（類型）

LDO噪聲與PSRR之間的差異

首先，從定義上看，PSRR主要關注LDO對輸入電源變化的抑制能力，而LDO噪聲主要關注LDO內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲信號對輸出電壓穩(wěn)定性的影響。換句話說，PSRR關注的是LDO對外部干擾的抑制能力，而LDO噪聲關注的是LDO內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號。

其次，從影響因素上看，PSRR受到輸入電源的變化、LDO的拓撲結構、器件參數(shù)等多種因素的影響。而LDO噪聲主要受到熱噪聲、閃爍噪聲和散粒噪聲等內(nèi)部噪聲因素的影響。這些內(nèi)部噪聲信號是由半導體材料中的載流子隨機運動、能帶中載流子跳躍和載流子數(shù)量波動等因素引起的。

再次，從優(yōu)化方法上看，提高PSRR的方法主要包括優(yōu)化電路設計、選擇合適的器件和采用濾波技術等。優(yōu)化電路設計可以通過減小電路元件的尺寸、增加電路的對稱性和采用合適的布局等方式來提高PSRR。選擇合適的器件可以選用低噪聲系數(shù)的放大器和調(diào)整管等器件來提高PSRR。采用濾波技術可以通過在輸入端或輸出端添加濾波器來減小輸入電源變化對輸出電壓的影響，從而提高PSRR。而降低LDO噪聲的方法主要包括優(yōu)化電路設計、選擇合適的器件和采用濾波技術等。這些方法與提高PSRR的方法類似，但更注重于減小內(nèi)部噪聲信號的影響。

PSRR主要關注LDO對輸入電源變化的抑制能力，而LDO噪聲主要關注LDO內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲信號對輸出電壓穩(wěn)定性的影響。雖然它們都是衡量LDO性能的重要指標，但它們關注的問題和影響因素有所不同。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的應用場景和需求來權衡這兩個指標的重要性，并采取相應的優(yōu)化方法來提高LDO的性能。

圖 LDO的PSRR和噪聲

LDO噪聲的影響

由于LDO內(nèi)部存在各種噪聲信號，這些噪聲信號可能會通過放大器和調(diào)整管傳遞到輸出端，導致輸出電壓不穩(wěn)定。此外，LDO噪聲還可能影響到其他電路的性能。例如，當LDO用于為模擬電路供電時，LDO噪聲可能會導致模擬電路的性能下降。因此，降低LDO噪聲對于提高整個系統(tǒng)的性能具有重要意義。

降低LDO噪聲的方法

降低噪聲的一種方法是降低 LDO 帶寬，這可以通過降低 LDO 內(nèi)部誤差放大器的帶寬來實現(xiàn)。但是，如果我們降低誤差放大器的帶寬，則會降低 LDO 瞬態(tài)響應速度。

另一種方法是使用低通濾波器 (LPF)。我們知道，LDO 噪聲的最主要來源是內(nèi)部的帶隙基準源。因此，我們可在帶隙輸出和誤差放大器輸入之間插入一個 LPF，從而在誤差放大器將帶隙噪聲放大之前將其降低。通常，該 LPF由一個內(nèi)部大電阻器和一個外部電容器組成。此濾波器的截止頻率設置得越低越好，從而濾除幾乎所有的帶隙噪聲。