探秘 LDO 电源抑制比（PSRR）：稳定电源电压的关键密码

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在如今这个电子设备高度发达的时代，我们手中的智能手机、平板电脑以及各类便携式设备都在不断追求更高的性能和更稳定的运行。然而，你是否曾想过，这些设备内部的半导体元件是如何在复杂的电气环境中保持正常工作的呢？其中一个至关重要的因素就是电源的稳定性，而低压差线性稳压器（LDO）的电源抑制比（PSRR）在这之中扮演着举足轻重的角色。


LDO 作为一种常见的电源元件，广泛应用于众多电子设备中。它的主要任务是将电池或 DC - DC 转换器提供的直流电压转换为设备所需的更低且稳定的直流电压输出。但是，现实中的输入电压往往并非理想的直流，其中可能夹杂着各种涟漪（纹波），这些纹波就像隐藏在平静湖面下的暗流，随时可能对设备的正常运行造成干扰，导致电子元件出现动作异常或性能下降。


电源抑制比（PSRR），简单来说，就是 LDO 抵御输入电压纹波干扰的能力。它就像是一道坚固的防线，守护着输出电压的稳定。PSRR 的定义由特定等式给出，通过比较输入电压纹波（VINRPL）和输出电压纹波（VOUTRPL）的大小来衡量。形象地比喻，如果把输入电压纹波看作是外界的狂风巨浪，那么 PSRR 就是那座能让输出电压保持风平浪静的港湾的防护能力。


那么，PSRR 的大小是由哪些因素决定的呢？这就不得不提到 LDO 内部的工作原理。以典型的具有 PMOS 的 LDO 电路为例，当 PMOS 传输元件的栅极电压纹波与输入电压纹波同步变化时，理论上它不会将纹波电流传输到输出端。此时，PSRR 由 LDO 输出阻抗（ZOUT）与 PMOS 输出电阻（rDS）的分压比决定。然而，事情并没有这么简单，LDO 中的负反馈机制也对 PSRR 产生着重要影响。


负反馈在 LDO 中就像是一个智能调节系统，它通过将输出电压反馈回输入端，来维持输出电压的稳定。这种机制不仅能稳定电压，还能降低输出阻抗（ZOUT）。在低频区域，负反馈使得输出阻抗（ZOFB）变得很小，PSRR 相对较高，就如同在平静的海面上，船只（信号）能够平稳航行。但随着频率的升高，内部放大器的增益开始下降，导致输出阻抗（ZOFB）增加，PSRR 也随之恶化，就像在波涛汹涌的大海中，船只更容易受到海浪（纹波）的冲击。


在高频区域，PSRR 的频率特性更加复杂。一般来说，PSRR 在低频时较高，高频时较低。不过，输出电容器（COUT）的大小对 PSRR 有着显著的影响。较大的输出电容能够提供更低的电容阻抗，就像在电路中增加了一个缓冲垫，有助于在高频下保持较高的 PSRR。相反，较小的输出电容会使 PSRR 持续下降。在超高频率区域，输出电容器的等效串联电阻（RESR）也成为影响 PSRR 的关键因素，较低的 RESR 能够带来更高的 PSRR。但需要注意的是，增大输出电容虽然有利于提高 PSRR，但也可能带来一些问题，比如在输出电压上升期间突波电流增加，甚至可能引发振荡。


在实际应用中，选择合适的 LDO 对于确保电子设备的稳定运行至关重要。PSRR 作为 LDO 的关键性能指标，即使在高频环境下也需要保持较高水平。为了提高 PSRR，我们可以选用具有适当最大容值和低等效串联电阻（RESR）的输出电容器（COUT）。像东芝的 LDO 产品就在各方面参数之间进行了优化设计，其低压系列产品中，已经能够提供高达 98dB 的 PSRR，输出电流分别有 0.5A 及 0.8A，最小封装约为 1 * 1 的 SMD 和 BGA 型式，为电子设备设计提供了更多优秀的选择。

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