探秘LDO的PSRR参数及周边电路对其影响

LDO（Low Dropout Regulator）是嵌入式系统中广泛使用的器件，也是最基本的模拟类电源，由于其输出噪声小，电路简单，所以在各种应用中都是不可或缺的器件，其中有一些重要的参数对电路的性能影响很大，PSRR就是其中的一个，本文以MIC5235-ADJ输出可调整类型的LDO为例，通过仿真详细分析一下PSRR的曲线及周边电路对其有哪些影响，以便在设计中引起注意。

一.LDO的基本概念

首先，我们简要回顾一下LDO的基本概念，由于LDO本质的结构，导致其效率比较低，在应用中，一般需要保持输入电压和输出电压有一定的压差，当压差越大时，效率就会越低。这里有一个可以做到的最小压差的指标（Dropout)，会在规格书中有说明，以MIC5235-ADJ为例，如图1所示。

图1 Dropout参数示例

可以看到，随着负载电流的增加，这个压差参数也会增加，这是一般的特性。在应用中，压差Dropout参数越小，则越容易保持输出电压不变的前提下降低输入电压，提高效率，在电池供电应用中，也更容易提高电池的使用寿命。

图2 LDO的主要优势

PSRR（Power SupplyRejection ratio）, 它是指LDO对输入端的AC分量的衰减的参数，PSRR越大，则纹波及噪声从输入端到输出端的衰减比例越大，如图3表达式所示……

巨详细！大电流线性电源(LDO)原理，看完你就明白了

以前文章介绍了PMOS结构线性电源的基本工作原理，今天结合仿真介绍大电流LDO使用的NMOS 架构基本工作原理，以及其他一些重要的LDO参数，包括PSRR、Dropout Voltage等。

1. NMOS LDO工作简介

下图是一个NMOS LDO的基本框图，NMOS LDO一般也工作在饱和区（特殊时会在可变电阻区），所以Vg要大于Vs，因此NMOS LDO除了有Vin引脚，一般还会有个Vbias引脚来给MOS G极提供高压驱动源；或者只有一个Vin，而内部集成了CHARGE BUMP来为G极提供高压驱动源。大体工作流程同PMOS LDO：当Vout下降时，反馈回路中的Vfb也会下降，误差放大器输出端Vg就会增加，随着Vg增加，Ids电流也增加，最终使得Vout又恢复到原始电平，状态如下：

Vout↓——>Vfb↓——>Vg↑——Iout↑——>Vout↑

2. NMOS LDO详细工作原理

下图是某NMOS输出特性曲线，让我们结合上图和下图分析，当Vout下降，Vin不变，则Vds=Vin-Vout，Vds增加，MOS工作点由A转移到B；紧接着反馈回路开始工作，Vfb电压减小，经过误差放大器后，Vg增加，那么Vgs=Vg-Vs，Vgs也增加，从下图可以看到，随着Vgs增加，MOS的电流Id逐渐上升，进而使得Vout逐渐升高，MOS工作点由B转移到C，LDO又回到原始工作电平……

LDO与DC-DC不得不说的事

LDO英文low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。

传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。

但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。

针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。

LDO 是一种线性稳压器，线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。

所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。

正输出电压的LDO(低压降)稳压器通常使用功率晶体管作为 PNP，这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右。

与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右，负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。

更新发展使用的 CMOS 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压，使用 CMOS，通过稳压器的唯一电压压降，是电源设备负载电流的 ON 电阻造成的，如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

DC-DC的意思是直流变(到)直流(不同直流电源值的转换)，只要符合这个定义都可以叫DC-DC转换器，包括LDO，但是一般的说法是把直流变(到)直流由开关方式实现的器件叫DCDC。

LDO是低压降的意思，低压降(LDO)线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点，它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容……

LDO结构及工作原理介绍

下图1是模拟电路中学习过的最基本的稳压电路，核心器件是稳压管，它的稳压工作区间决定了输出稳压的范围，通过这种简单电路，可以实现小电流（百mA级别），小动态范围内的稳压。图1右边电路仅多了一个2N3055三极管，目的就是提升输出带载能力，同时三极管还引入了电压负反馈，起到稳定输出电压的作用。

图1.基本调整管稳压电路

当输入电压Vin增大或输出负载电阻增大，输出电压Vout会瞬间增加，三极管的射极电Ve压随之增大，如果基极电压Vb不变，则Vb-Ve就会减小，进而输出电流减小，Vout减小。上述基本调整管稳压电路存在两个问题：（1）输出电压不可调（2）输出电压Vout会受到Vbe电压波动的影响，稳定性较差。因此，目前LDO或线性稳压器通常会引入运算放大器，加深负反馈的同时提高输出电压稳定性。

图2. 通用LDO电路原理图

图2所示为通用LDO的原理结构图：在基本稳压管调整电路基础上增加了运算放大器A和分压电阻采样网络R1和R2。当输入电压Vin增大或输出负载电阻增大，输出电压Vout会瞬间增加，通过R1、R2分压采样得到的电压也增加，由于是反向端输入，运放A的输出会相应减小，则Vb-Ve就会减小，进而输出电流减小，Vout减小。下面介绍几种目前常用的LDO或线性稳压器结构……

你会选择LDO dropout voltage吗？

LDO是我们常用的电源解决方案，dropout voltage（压差）是LDO最常见的参数之一，但是并不是所有的工程师都能够正确的设计LDO dropout voltage，导致产品可靠性具有隐患，降低平均无故障时间。

和DCDC开关电源架构不同，LDO内部的管子是工作在放大状态的，在这样的大前提下，LDO输入输出必须要满足一定的压差条件，LDO才能有效进行反馈调节，正常工作。

对于Dropout Voltage我们一共有两个必关注因素：

第一个因素是Droput Voltage自身的范围，这个在IC内部基本已经固定了，这部分是应用工程师无法管控的，我们只能根据需求合理选型与应用。

先介绍LDO内部影响Dropout Voltage的几个原因，指导大家来正确选型。

LDO内部除了基本的LDO控制电流外，往往还有一些保护电路、放电电路、逻辑控制电路等，有的LDO内部还有电荷泵等接口，这些电路都是要吃电的，所以LDO的dropout voltage除了考虑内部管子的工作状态之外，还要考虑内部其他电路的供电需求。

比如下面的LDO，输出是1V@Iout=130mA时，Dropout voltage 为140mV，但是输入却不能选择1.14V，这是小于输入电压1.4V的要求，设计将不会保证性能和稳定性，有很多工程师其实是知道这点的，但是在设计时非常容易忘记这一项，一定要仔细检查……

LDO与线性稳压器

1.要基于输入电源与输出电压范围以及负载范围来确定合适Vdo的LDO方案。

2.要基于系统会性能的具体要求选择

1、根据噪音的要求选择PSRR.噪声等相关指标。

2.是否有待机功耗选择合适静态电流，工作电流等指标。

3.是否有输出电容类型的要求如全陶瓷电容等选择合适拓扑结构。

一定要确定LDO封装是否满足散热要求。

确定封装热阻

1.so8 83°C/W.最小布局面积。

2.so8 48°C/W.1平方英寸铜皮散热面积。

3.TO-263 37°C/W.1平方英寸铜皮散热面积。

4.TO-220 20°C/W.17°C/W 散热器。

温升计算方法：

DT为最大容许的温升（125°）

PD=VIN X Iq+(Vin-Vout)X ILOAD

Iq是稳压器的地管脚电流。

1.需要尽量避免设计使得LDO进入Drop out影响区域

2.如果选择MOS型的LDO，需要考虑RDSON的温度特性对Drop out的影响。

NPN型线性稳压器

1.高性能

2.非常低的工作电流

3.对输出电容几乎没有要求.

4.较高的drop out 电压=2Vbe+Vcesat(典型值>2V)

5.PNP给NPN提供偏置

6.dropout电压2Vbe（0.7+0.7）+Vcesat(0.3V) ,所以输入输出电压差大

7.静态电流随负载电流的变化而变化，主要是影响NPN,PNP的导通程度

8.较高的drop out电压1.5-2.5V

9.几乎不需要外部补偿

10.较低的静态电流……

LDO基本原理介绍

1.前言：

目前市场上无论什么电子产品，只要涉及到电就必须用到电源，电源的分类有很多种，比如开关电源、逆变电源、交流电源等等。在移动端消费类电子产品中，常用的有DCDC电源和LDO电源两种，DCDC的优点是效率高，但是噪声大；LDO正相反，它是效率低，噪声小。

这两种电源具体在什么场景下使用不能一概而论，通常而言，对于噪声不太敏感的数字电路多可以优先考虑DCDC，而对于模拟电路，由于对噪声比较敏感，可以优先考虑LDO。

目前由于技术的进步，DCDC的噪声已经可以减小很多了，但是相比于LDO还是稍逊一筹，今天我们来讨论下LDO的基本工作原理，仿真一个简单的LDO模型，介绍一下LDO使用过程中的相关注意事项。

2. LDO分类

常见的LDO是由P管构成的，由于LDO效率比较低，因此一般不会走大电流。针对某些大电流低压差需求的场合，NMOS LDO应运而生。下图是PMOS和NMOS LDO的系统框图对比。我们暂且忽略系统的传递函数，把目光集中到LDO调节稳定的工作过程，下面我们就着重来介绍下PMOS LDO的基本工作原理。

3. PMOS LDO基本原理

下面是一个PMOS LDO最基本结构框图。我们可以看到LDO主要由PMOS、运放、反馈电阻和基准参考电压构成。LDO主要工作流程是将输出电压通过分压电阻分压，Va和基准参考电压做比较，通过运放输出Vg来调节输出，反馈回路已用红色轨迹标识出，具体原理分两个方面详细介绍。

A．反馈回路

当Vout由于负载变化或其他原因电压下降时，两个串联分压电阻两端的电压也会下降，进而A点电压下降，A点的电位和Vref电位相比较，误差放大器会减小它的输出，使得G电位下降，Vs电压不变，进而使得|Vgs|的压差增加（我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观），输出电流Isd会增加，输出电流Isd增加就会使得Vout上升，完成一次反馈控制，使得Vout又回到正常电位……

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LDO基本原理介绍

1.前言：

目前市场上无论什么电子产品，只要涉及到电就必须用到电源，电源的分类有很多种，比如开关电源、逆变电源、交流电源等等。在移动端消费类电子产品中，常用的有DCDC电源和LDO电源两种，DCDC的优点是效率高，但是噪声大；LDO正相反，它是效率低，噪声小。

这两种电源具体在什么场景下使用不能一概而论，通常而言，对于噪声不太敏感的数字电路多可以优先考虑DCDC，而对于模拟电路，由于对噪声比较敏感，可以优先考虑LDO。

目前由于技术的进步，DCDC的噪声已经可以减小很多了，但是相比于LDO还是稍逊一筹，今天我们来讨论下LDO的基本工作原理，仿真一个简单的LDO模型，介绍一下LDO使用过程中的相关注意事项。

2. LDO分类

常见的LDO是由P管构成的，由于LDO效率比较低，因此一般不会走大电流。针对某些大电流低压差需求的场合，NMOS LDO应运而生。下图是PMOS和NMOS LDO的系统框图对比。我们暂且忽略系统的传递函数，把目光集中到LDO调节稳定的工作过程，下面我们就着重来介绍下PMOS LDO的基本工作原理。

3. PMOS LDO基本原理

下面是一个PMOS LDO最基本结构框图。我们可以看到LDO主要由PMOS、运放、反馈电阻和基准参考电压构成。LDO主要工作流程是将输出电压通过分压电阻分压，Va和基准参考电压做比较，通过运放输出Vg来调节输出，反馈回路已用红色轨迹标识出，具体原理分两个方面详细介绍。

A．反馈回路

当Vout由于负载变化或其他原因电压下降时，两个串联分压电阻两端的电压也会下降，进而A点电压下降，A点的电位和Vref电位相比较，误差放大器会减小它的输出，使得G电位下降，Vs电压不变，进而使得|Vgs|的压差增加（我们用Vgs和Vds的绝对值描述PMOS更直观），输出电流Isd会增加，输出电流Isd增加就会使得Vout上升，完成一次反馈控制，使得Vout又回到正常电位……

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