低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)相比 DC-DC 的優(yōu)點之一，是輸出電壓紋波小。但是高速電路下，LDO 的電源抑制比(PSRR)也是不可忽略的因素，通常被誤認為是單一的靜態(tài)值，本篇文章將詳細講解電源抑制比(PSRR)及如何測量它。

電源抑制比(PSRR)的定義

電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)也稱紋波抑制比，通常在 LDO 的數(shù)據(jù)手冊中能找到，它代表 LDO 在某個頻率下從輸入到輸出的衰減程度，代表不同頻率下紋波抑制能力。在有些高速通信電路如 Wi-Fi、藍牙等，就需要用上電源抑制比較大的高速 LDO，當(dāng)芯片需要瞬間拉大電流時能快速響應(yīng)，不至于掉到低于額定電壓導(dǎo)致負載重啟。還有一些場景是使用 DC-DC 作為一級降壓、LDO 作為二級降壓 / 濾波，因為 DC-DC 開關(guān)頻率在 kHz-MHz 級別，即 LDO 在 100kHz 以上，就需要嚴格考慮 PSRR 了。

電源抑制比(PSRR)用公式表示為：

其中，Vrp(in) 表示輸入紋波，Vrp(out) 表示輸出紋波。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 代表表當(dāng)輸入紋波為 1V 時，輸出紋波將為 1mV。

我們先看普通 LDO(XC6206 系列)的紋波抑制曲線：

可以看出，在頻率為 1kHz 時，XC6206P302 的紋波抑制比約為 23dB。

再看高速 LDO(XC6217x302)的紋波抑制曲線：

在頻率為 1kHz 時，XC6217x302 的紋波抑制比約為 68dB。

電源抑制比(PSRR)的測量方法

電源抑制比(PSRR)的測量分 輸入注入 和 輸出測量 兩個部分。通過以下方法測試，并記錄輸入與輸出的電壓紋波，根據(jù)公式即可算出 PSRR 的值。

輸入注入

信號發(fā)生器

使用信號發(fā)生器直接產(chǎn)生正弦波，接在 LDO 的輸入端。此方法受限于信號發(fā)生器的輸出電流(像 DG4062 輸出電流峰值在 100kHz 正弦波下是 1.65A)。

運算放大器

放大器的作用是將 AC 紋波疊加到直流電源的 DC 電壓上。

運放的選擇需要滿足幾個基本條件：

運放帶寬滿足 LDO 測試范圍。

運放最大輸出電流不小于 LDO 最大輸出電流。

運放輸出電壓范圍覆蓋 LDO 輸入電壓范圍。

可按照以下的示意圖設(shè)計加法器：

其中，R1 與 R2 相等，最低截止頻率由 C1 和 R1 共同決定，最高截止頻率由運放的帶寬所決定。

信號發(fā)生器 + 運算放大器

使用運放作為信號發(fā)生器的電壓跟隨器，可解除信號發(fā)生器驅(qū)動電流不足的限制。

LC 節(jié)點法

利用電感和電容實現(xiàn) DC 電壓和 AC 電壓的疊加，一起作為 LDO 的輸入：

其中，電容 C1 用于防止 VAC 對 VDC 產(chǎn)生高脈沖影響，電感 L1 防止 VDC 使 VAC 發(fā)生短路，使用 LC 隔離兩個電源

這個電路的最高頻率由電感 L1 和電容 C1 共同決定，最低頻率由 C1 決定。

音頻分析儀(Audio Precision)

音頻分析儀自身沒有能力產(chǎn)生 DC 直流電壓，且驅(qū)動能力弱，所以需要通過一個高帶寬大電流的運放，把它產(chǎn)生的 AC 紋波疊加到直流電源的 DC 電壓上，然后再連接到 LDO 的輸入端。但因為音頻分析儀帶寬的限制，不能測到頻率 100kHz 以上的 PSRR。

專用注入器

此方法需要用到專用的輸入注入器(例如 J2120A，帶寬 10Hz-10MHz，直流電壓最大值為 50V，輸出電流最高 5A)，它可以把 AC 紋波和直流電源 DC 電壓直接疊加，但經(jīng)過注入器后的輸入電壓會有所衰減。配合網(wǎng)分儀分別測量輸入與輸出電壓紋波值：

輸出測量

示波器

一般的示波器可以測量到毫伏級電壓，當(dāng) LDO 的 PSRR 不高于 40-50dB 時，如果輸入交流電壓峰峰值為 1V，那么 LDO 輸出中的同頻率交流電壓峰峰值為 3mV~10mV，可以用示波器直接測量。

示波器不適用于測量高 PSRR 的 LDO，如果輸出紋波太小，示波器無法精確測量。

運放 + 示波器

當(dāng) LDO 的 PSRR 大于 50dB 時，由于輸出紋波幅值通常小于 1mV，無法利用示波器直接測量。這時可以考慮使用運算放大器將 LDO 輸出交流電壓放大 100 倍甚至更高，在設(shè)計運放電路時需要考慮:

LDO 輸出有直流電壓，電路需要將直流電壓去掉。

放大電路自身產(chǎn)生的噪聲要遠小于放大后交流電壓。

運放輸入失調(diào)電壓不能太大，否則經(jīng)放大電路放大后會輸出很大的直流電壓。

放大電路的帶寬需要滿足 LDO 的 PSRR 測量頻率范圍。

放大電路的設(shè)計：

該電路的最低截止頻率由 C1 和 R1 所決定，最高截止頻率由運放的帶寬所決定。

頻譜分析儀 / 網(wǎng)分儀

頻譜分析儀可以測量微伏級電壓信號，可以配合使用高阻抗輸入探頭來測量 LDO 輸出交流電壓。如果沒有高阻抗探頭，可以用運放搭建：

測量注意事項

測試時應(yīng)首先使用示波器觀察 LDO 輸入端交流電壓波形是否正常。

LDO 電路最好按數(shù)據(jù)手冊，加相應(yīng)的電容去耦，但使用運放方法測試時，需要去掉 LDO 的輸入電容，避免運放不穩(wěn)定。

如果使用注入器，輸出電壓有衰減，則電壓需要適當(dāng)增加。

LDO 的輸出負載不要用電子負載提供，建議用功率電阻。

輸出使用接地彈簧探頭以降低噪聲，如下圖。