电源设计 - LDO 电源抑制比（PSRR）与测量方法

电源设计 - LDO 电源抑制比（PSRR）与测量方法

电源抑制比（PSRR）是衡量LDO（低压差线性稳压器）性能的重要指标，特别是在高速电路应用中。本文将详细介绍PSRR的概念、其在不同场景下的重要性，以及多种PSRR的测量方法和注意事项。

电源抑制比（PSRR）的定义

电源抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）也称纹波抑制比，通常在LDO的数据手册中能找到，它代表LDO在某个频率下从输入到输出的衰减程度，代表不同频率下纹波抑制能力。在有些高速通信电路如Wi-Fi、蓝牙等，就需要用上电源抑制比较大的高速LDO，当芯片需要瞬间拉大电流时能快速响应，不至于掉到低于额定电压导致负载重启。还有一些场景是使用DC-DC作为一级降压、LDO作为二级降压/滤波，因为DC-DC开关频率在kHz-MHz级别，即LDO在100kHz以上，就需要严格考虑PSRR了。

电源抑制比（PSRR）用公式表示为：

其中，表示输入纹波，表示输出纹波。高速LDO的PSRR一般大于60dB，而普通LDO的PSRR一般在20dB左右。60dB的PSRR代表表当输入纹波为1V时，输出纹波将为1mV。

我们先看普通LDO（XC6206系列）的纹波抑制曲线：

可以看出，在频率为1kHz时，XC6206P302的纹波抑制比约为23dB。

再看高速LDO（XC6217x302）的纹波抑制曲线：

在频率为1kHz时，XC6217x302的纹波抑制比约为68dB。

电源抑制比（PSRR）的测量方法

电源抑制比（PSRR）的测量分输入注入和输出测量两个部分。通过以下方法测试，并记录输入与输出的电压纹波，根据公式即可算出PSRR的值。

输入注入

信号发生器

使用信号发生器直接产生正弦波，接在LDO的输入端。此方法受限于信号发生器的输出电流（像DG4062输出电流峰值在100kHz正弦波下是1.65A）。

运算放大器

放大器的作用是将AC纹波叠加到直流电源的DC电压上。

运放的选择需要满足几个基本条件：

1. 运放带宽满足LDO测试范围。
2. 运放最大输出电流不小于LDO最大输出电流。
3. 运放输出电压范围覆盖LDO输入电压范围。

可按照以下的示意图设计加法器：

其中，R1与R2相等，最低截止频率由C1和R1共同决定，最高截止频率由运放的带宽所决定。

信号发生器 + 运算放大器

使用运放作为信号发生器的电压跟随器，可解除信号发生器驱动电流不足的限制。

LC节点法

利用电感和电容实现DC电压和AC电压的叠加，一起作为LDO的输入：

其中，电容C1用于防止VAC对VDC产生高脉冲影响，电感L1防止VDC使VAC发生短路，使用LC隔离两个电源

这个电路的最高频率由电感L1和电容C1共同决定，最低频率由C1决定。

音频分析仪（Audio Precision）

音频分析仪自身没有能力产生DC直流电压，且驱动能力弱，所以需要通过一个高带宽大电流的运放，把它产生的AC纹波叠加到直流电源的DC电压上，然后再连接到LDO的输入端。但因为音频分析仪带宽的限制，不能测到频率100kHz以上的PSRR。

专用注入器

此方法需要用到专用的输入注入器（例如J2120A，带宽10Hz-10MHz，直流电压最大值为50V，输出电流最高5A），它可以把AC纹波和直流电源DC电压直接叠加，但经过注入器后的输入电压会有所衰减。配合网分仪分别测量输入与输出电压纹波值：

输出测量

示波器

一般的示波器可以测量到毫伏级电压，当LDO的PSRR不高于40-50dB时，如果输入交流电压峰峰值为1V，那么LDO输出中的同频率交流电压峰峰值为3mV~10mV，可以用示波器直接测量。

示波器不适用于测量高PSRR的LDO，如果输出纹波太小，示波器无法精确测量。

运放 + 示波器

当LDO的PSRR大于50dB时，由于输出纹波幅值通常小于1mV，无法利用示波器直接测量。这时可以考虑使用运算放大器将LDO输出交流电压放大100倍甚至更高，在设计运放电路时需要考虑:

• LDO输出有直流电压，电路需要将直流电压去掉。
• 放大电路自身产生的噪声要远小于放大后交流电压。
• 运放输入失调电压不能太大，否则经放大电路放大后会输出很大的直流电压。
• 放大电路的带宽需要满足LDO的PSRR测量频率范围。

放大电路的设计：

该电路的最低截止频率由C1和R1所决定，最高截止频率由运放的带宽所决定。

频谱分析仪 / 网分仪

频谱分析仪可以测量微伏级电压信号，可以配合使用高阻抗输入探头来测量LDO输出交流电压。如果没有高阻抗探头，可以用运放搭建：

测量注意事项

1. 测试时应首先使用示波器观察LDO输入端交流电压波形是否正常。
2. LDO电路最好按数据手册，加相应的电容去耦，但使用运放方法测试时，需要去掉LDO的输入电容，避免运放不稳定。
3. 如果使用注入器，输出电压有衰减，则电压需要适当增加。
4. LDO的输出负载不要用电子负载提供，建议用功率电阻。
5. 输出使用接地弹簧探头以降低噪声，如下图。