LDO（Low Dropout Regulator）是嵌入式系統(tǒng)中廣泛使用的器件，也是最基本的模擬類電源，由于其輸出噪聲小，電路簡(jiǎn)單，所以在各種應(yīng)用中都是不可或缺的器件，其中有一些重要的參數(shù)對(duì)電路的性能影響很大，PSRR就是其中的一個(gè)，本文以MIC5235-ADJ輸出可調(diào)整類型的LDO為例，通過(guò)仿真詳細(xì)分析一下PSRR的曲線及周邊電路對(duì)其有哪些影響，以便在設(shè)計(jì)中引起注意。

一.LDO的基本概念

首先，我們簡(jiǎn)要回顧一下LDO的基本概念，由于LDO本質(zhì)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其效率比較低，在應(yīng)用中，一般需要保持輸入電壓和輸出電壓有一定的壓差，當(dāng)壓差越大時(shí)，效率就會(huì)越低。這里有一個(gè)可以做到的最小壓差的指標(biāo)（Dropout)，會(huì)在規(guī)格書中有說(shuō)明，以MIC5235-ADJ為例，如圖1所示。

圖1 Dropout參數(shù)示例

可以看到，隨著負(fù)載電流的增加，這個(gè)壓差參數(shù)也會(huì)增加，這是一般的特性。在應(yīng)用中，壓差Dropout參數(shù)越小，則越容易保持輸出電壓不變的前提下降低輸入電壓，提高效率，在電池供電應(yīng)用中，也更容易提高電池的使用壽命。

圖2 LDO的主要優(yōu)勢(shì)

PSRR（Power SupplyRejection ratio）, 它是指LDO對(duì)輸入端的AC分量的衰減的參數(shù)，PSRR越大，則紋波及噪聲從輸入端到輸出端的衰減比例越大，如圖3表達(dá)式所示。

圖3 PSRR的基本概念及表達(dá)式

在LDO相比DC/DC的主要優(yōu)勢(shì)中，輸出噪聲低是一個(gè)典型的選擇LDO作為電源的供電的原因，而PSRR對(duì)輸出噪聲的影響是比較大的，比如當(dāng)LDO的前級(jí)是一個(gè)DC/DC電源時(shí)，如圖4，所示，DC/DC會(huì)給LDO輸入帶來(lái)高頻紋波及一些高頻噪聲，此時(shí)LDO的PSRR參數(shù)對(duì)輸出電壓的紋波及噪聲影響很大，有必要對(duì)其詳細(xì)分析。

圖4 典型的嵌入式系統(tǒng)電源架構(gòu)

接下來(lái)，我們簡(jiǎn)單看一下MIC5235這個(gè)高耐壓LDO的基本情況。以下圖5是輸出可調(diào)整版本的典型應(yīng)用框圖，我們?cè)O(shè)置輸出電壓為9V,輸入電壓為12V,輸出按照150mA電流,輸出電容為2.2uF/5mohm ESR。

圖5 MIC5235-ADJ的典型應(yīng)用框圖

由于輸出電壓設(shè)為9V,按照分壓電阻和參考電壓的關(guān)系，我們?cè)O(shè)置相應(yīng)的分壓電阻R1,R2，分別為62.58k和10k。

圖6 分壓電阻設(shè)置

從MIC5235的規(guī)格書中找到了PSRR的曲線，可以看到如圖6所示，在低頻下PSRR相對(duì)比較高，隨著頻率的增加到200k，PSRR逐漸降低，然后又隨著頻率的增加而增加一直到1M，大概是這樣的一個(gè)趨勢(shì)。

圖6 MIC5235的PSRR曲線

接下來(lái)，我們通過(guò)仿真的方式，看一下仿真的PSRR和實(shí)際規(guī)格書是否一致，另外，再看一下外圍電路變化對(duì)其有什么影響。

二.LDO的PSRR基本仿真結(jié)果

仿真原理圖很簡(jiǎn)單，直接按照規(guī)格書的典型應(yīng)用電路設(shè)置，如圖7所示，根據(jù)PSRR的基本概念，它是輸入到輸出的電壓增益的對(duì)數(shù)坐標(biāo)值，所以我們采用小信號(hào)測(cè)試的儀器去測(cè)試輸入電壓到輸出電壓的增益，在輸入電壓源上施加干擾源。

圖7 MIC5235-ADJ的PSRR仿真

圖8 LDO輸出電壓時(shí)域波形

經(jīng)過(guò)仿真瞬態(tài)后，LDO輸出電壓,如圖8所示，基本正常，輸出電壓穩(wěn)定在9V.

圖9 MIC5235-ADJ的PSRR增益

從PSRR的仿真結(jié)果來(lái)看，從低頻10Hz到1k左右，增益基本在42db左右。從1k到50k附近增益逐漸降低，最低達(dá)到25db。從50k到10M一直在增大衰減，最大為80db左右(和規(guī)格書曲線基本一致，但由于一些非理想因素略有差異）。

三.LDO的PSRR外圍電路影響因素仿真

接下來(lái)，我們看一下外圍電路對(duì)LDO的PSRR的影響有多大。以上述仿真結(jié)果為比較基準(zhǔn)。首先我們修改一下輸出濾波電容的值，由2.2uF改為22uF。

圖10 輸出濾波電容容值增大

圖11 輸出電容容值增大對(duì)PSRR的影響

從圖11的仿真結(jié)果看，在輸出電容ESR不變的情況下，增大容值后，從3k一直到10M的頻段內(nèi)，PSRR都有大幅增加，濾波效果很明顯，輸出電壓波形良好，稍有一些過(guò)沖。

圖12 輸出電容容值增大時(shí)輸出電壓波形

圖13 輸出電容ESR改為1mohm

在保持輸出電容不變的情況下，將ESR電阻從5mohm改為1mohm，依然將初始仿真結(jié)果作為參考基準(zhǔn)。

圖14 輸出電容ESR減小對(duì)PSRR的影響

從圖14仿真結(jié)果來(lái)看，輸出電容容值不變的情況下，選擇ESR更小的電容，將提高高頻段的衰減。

圖15 輸出電容ESR大幅增加的影響

將ESR大幅度增加，從5mohm變到50mohm，則發(fā)現(xiàn)對(duì)高頻段的影響非常大，從600k到10M衰減變小了很多。

圖16 增加前饋電容1n

如圖16，在輸出分壓電阻上增加1n的前饋電容，依然將原始仿真結(jié)果作為基準(zhǔn)。

圖17 增加前饋電容對(duì)PSRR的影響

增加1nF前饋電容后，發(fā)現(xiàn)中頻段，從1k到100k的衰減有大幅度增加。

圖18 增加前饋電容后輸出電壓波形

總結(jié)，通過(guò)對(duì)LDO的PSRR的仿真，我們可以知道,在規(guī)格書給出的PSRR特性曲線基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化電路系統(tǒng)的PSRR若干有效的方法，如通過(guò)調(diào)整增大輸出電容及減小其ESR對(duì)中高頻段的PSRR有很大幫助，而通過(guò)增加前饋電容，對(duì)中頻段的PSRR有很大幫助，在保持環(huán)路穩(wěn)定性的前提下，適當(dāng)調(diào)整外圍電路參數(shù)，有助于進(jìn)一步改善PSRR的特性。