低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）是一種廣泛應(yīng)用于電子設(shè)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(shí)際應(yīng)用中，LDO可能會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)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(yīng)速度有限，當(dāng)負(fù)載電流快速變化時(shí)，內(nèi)部的調(diào)節(jié)回路無(wú)法及時(shí)對(duì)電流的變化做出迅速的反應(yīng)（傳輸延遲），有時(shí)就會(huì)導(dǎo)致大概幾十mV的過(guò)沖。如果想內(nèi)部的反應(yīng)更迅速，那就只能選擇靜態(tài)功耗較大的LDO。

2.當(dāng)輸入電壓快速變化時(shí)，常見(jiàn)的就是輸入端電壓的紋波太大，LDO無(wú)法將其完全的過(guò)濾，于是輸入電壓中較大的紋波，就會(huì)無(wú)可避免的體現(xiàn)在輸出的紋波。LDO 的PSRR就是這個(gè)含義。LDO的PSRR越大，就說(shuō)明LDO對(duì)紋波抑制的效果越好，從輸入傳輸?shù)捷敵龅母蓴_信號(hào)越少，PSRR是隨頻率變化的參數(shù)，當(dāng)頻率越高時(shí)PSRR越小，抑制效果越差。

3.半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)自身會(huì)產(chǎn)生固有的噪聲，主要是由自由原子與基礎(chǔ)材料晶體結(jié)構(gòu)碰撞而引起。由于固有噪聲是一種半導(dǎo)體中與電流傳導(dǎo)原理相關(guān)的物理現(xiàn)象，因此可以通過(guò)一些技術(shù)來(lái)抑制，但是不可能將其徹底去除?，F(xiàn)代 LDO 的輸出噪聲可以達(dá)到數(shù)以百計(jì)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(huì)產(chǎn)生散粒噪聲和閃爍噪聲。MOSFET 的電阻元件（如電阻器）也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲。熱噪聲和散粒噪聲本質(zhì)上是隨機(jī)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(shí)，會(huì)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(lái)源，僅次于熱噪聲。（請(qǐng)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(guān)注LDO對(duì)輸入電源變化的抑制能力，而LDO噪聲主要關(guān)注LDO內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲信號(hào)對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性的影響。換句話說(shuō)，PSRR關(guān)注的是LDO對(duì)外部干擾的抑制能力，而LDO噪聲關(guān)注的是LDO內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號(hào)。

其次，從影響因素上看，PSRR受到輸入電源的變化、LDO的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、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(hào)是由半導(dǎo)體材料中的載流子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)、能帶中載流子跳躍和載流子數(shù)量波動(dòng)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(shè)計(jì)、選擇合適的器件和采用濾波技術(shù)等。優(yōu)化電路設(shè)計(jì)可以通過(guò)減小電路元件的尺寸、增加電路的對(duì)稱性和采用合適的布局等方式來(lái)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(lái)提高PSRR。采用濾波技術(shù)可以通過(guò)在輸入端或輸出端添加濾波器來(lái)減小輸入電源變化對(duì)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(shè)計(jì)、選擇合適的器件和采用濾波技術(shù)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(hào)的影響。

PSRR主要關(guān)注LDO對(duì)輸入電源變化的抑制能力，而LDO噪聲主要關(guān)注LDO內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲信號(hào)對(duì)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(biāo)，但它們關(guān)注的問(wèn)題和影響因素有所不同。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)權(quán)衡這兩個(gè)指標(biāo)的重要性，并采取相應(yīng)的優(yōu)化方法來(lái)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(hào)，這些噪聲信號(hào)可能會(huì)通過(guò)放大器和調(diào)整管傳遞到輸出端，導(dǎo)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(dāng)LDO用于為模擬電路供電時(shí)，LDO噪聲可能會(huì)導(dǎo)致模擬電路的性能下降。因此，降低LDO噪聲對(duì)于提高整個(gè)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(guò)降低 LDO 內(nèi)部誤差放大器的帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，如果我們降低誤差放大器的帶寬，則會(huì)降低 LDO 瞬態(tài)響應(yīng)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(lái)源是內(nèi)部的帶隙基準(zhǔn)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(gè) 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(gè)內(nèi)部大電阻器和一個(gè)外部電容器組成。此濾波器的截止頻率設(shè)置得越低越好，從而濾除幾乎所有的帶隙噪聲。