改善线性稳压器的电源抑制性能

在便携式通信中，低压差线性稳压器（LDO）为RF电路产生电源电压;为频率合成器和压控振荡器（VCO）供电时，这些电压必须特别干净。为稳压器供电的电源通常包括叠加在直流上的宽带交流纹波。预计LDO会抑制这些伪影。本文介绍了三种提高LDO电源抑制比（PSRR）的方法。

用于电池应用的集成线性稳压器的设计充满了艰难的折衷方案。设计必须提供低工作电流以延长电池寿命，同时在有时嘈杂的环境中提供清洁、稳压良好的电源。本应用笔记介绍了在保持低工作电流的同时改善交流伪影抑制的技术。

挑战

小于 250μA 的稳压器工作电流限制了可用增益带宽，使得噪声、稳压和电源抑制等规格难以实现。在便携式通信中，低压差线性稳压器（LDO）为RF电路产生电源电压，在为频率合成器和压控振荡器（VCO）供电时，电源电压必须特别干净。为稳压器供电的电源通常包括叠加在直流上的宽带交流纹波。预计LDO会抑制这些伪影。当LDO由开关稳压器供电时，它必须能够应对超过300kHz的开关频率。设计人员期望在不增加LDO静态电流的情况下实现这些功能。

线路调节

LDO数据手册中有两个规格，涉及LDO抑制输入电源上各种形式噪声的能力。它们是线路调节和电源抑制比（PSRR）。

线路调整率测量LDO忽略输入电压变化的能力。数学

实际上，线路调节是指稳压器输出电压的%/V外.当同一稳压器具有多种输出电压调整选项时，这尤其有用。

线路调整率是一种稳态直流测量，是零频率下稳压器开环电流增益的量度。

电源抑制比

该规格是衡量稳压器在标称输入直流电压上抑制交流信号的能力的指标。

PSRR在低频时达到最大值，并开始下降到1kHz至10kHz以上，具体取决于稳压器设计。图1所示为MAX8867 150mA低噪声LDO的PSRR典型特性，图2所示为MAX1792 500mA LDO的PSRR特性。

图1.MAX8867 PSRR特性

图2.MAX1792 PSRR特性

修改稳压器基本抑制响应的唯一方法是在稳压器的输入端添加一个外部网络。

外部网络

有三种方法可供选择：

一个或多个外部RC滤波器级联。额外的衰减增加了稳压器的固有特性。串联电阻必须保持较低水平，以最大限度地降低 IR 损耗，从而减小稳压器裕量。这种限制要求大容量电容器与1Ω至10Ω电阻结合使用。如果负载电流非常低（小于20mA），则RC滤波器是有用的。或者，如果有足够的电压裕量和散热空间，那么RC滤波器也可以用于较大的负载电流。串联电阻的上限由稳压器的稳定性决定。设计人员假设输入电源的源阻抗较低。大于200Ω的系列R正在进入危险区域。

单个RC的低通滤波器传输特性为：

其衰减特性为-20dB/十倍频程，转折频率f = （2π × RC）-1.极限衰减由所选电容器的 ESR 给出并受其限制（R红沉降率）。

具有等值Rs和Cs的二阶级联低通滤波器的传递特性为：

从转角频率 f = （40π × RC） 开始，衰减特性为 -2dB/十倍频程-1.极限衰减是单阶网络的两倍，假设 R红沉降率《《·

单个RC和级联RC滤波器的典型值范围分别为R = 1Ω至10Ω和C = 100μF至10μF。选择网络-3dB频率，使其与稳压器PSRR特性的频率一致。

图3a显示了单阶RC网络，图3b显示了级联二阶RC网络，两者都保护线性稳压器。　　

图 3b.二阶级联RC纹波滤波器。

LC滤波器。使用这种类型的滤波器的问题在于网络输出（稳压器的输入）缺乏固有阻尼。网络的源阻抗很低。然而，稳压器的V在端子呈现一个用小电容器分流的高阻抗。（当稳压器在恒定负载下远离压差工作时，其输入电流不会变化到一阶，当V在是多种多样的。在稳压器输入端对LC网络进行严重阻尼，而分流阻尼电阻器中不可能产生明显的直流损耗。例如，串联 10μH 电感器与并联 100μF 电容器相结合，周转频率为 5kHz。这种组合要求在网络输出（稳压器输入）和地之间有一个0.32Ω的关键阻尼电阻。图 4a 说明了该问题。

图 4a. 各种阻尼比的 LC 滤波器幅度特性。

图4b显示了阻尼电阻及其与噪声输入电源源电阻的关系。

图 4b.说明阻尼电阻的位置。

一个额外的线性稳压器。这种方法占用的PCB面积很小（例如，两个SOT23-5封装），并且需要比其他方法最少的设计时间。串联使用两个线性稳压器可在任何给定频率下使PSRR加倍（假设具有相同的稳压器）。这种方法的“代价”是压差加倍，并且需要额外的电容器。一个好的设计选择是共享每个稳压器的压降。两个MAX8867稳压器串联在80kHz时提供至少100dB的PSRR，整个组件需要1个5μF陶瓷电容，输入、输出和中间位置各一个。图《》显示了以这种方式级联的两个线性稳压器。

图5.用于输入纹波隔离的串联 LDO 级联。

MAX8875 （LDO1）后接MAX8867 （LDO2）提供低噪声输出和70kHz时100dB的PSRR。所有电容器均为 1μF。

高输出电流稳压器保护

前面的示例和技术侧重于低电流、单封装LDO。可以将RC滤波器添加到高输出电流LDO中，以产生出色的结果，而几乎没有额外的IR压降。对于这种高电流LDO，热约束将串联功率晶体管置于主控制IC之外。控制IC的电源是主电流路径的一小部分。因此，控制IC的电源是添加RC纹波滤波的理想场所。

结论

添加到线性稳压器输入端的外部网络可改善LDO的固有PSRR，特别是在高频下，其中低静态电流会损害LDO的高频PSRR。

在所讨论的方法中，附加LDO是最通用的，在给定的小区域内封装了更多的衰减，并且需要最少的设计时间。

对于只需要适度保护的低电流应用，RC滤波器方法具有成本竞争力，但在元件选择时需要仔细权衡。

对于大电流LDO控制器，在控制器输入电源上增加一个电阻可以非常有效地增强整个电路的PSRR。

审核编辑：郭婷