什么是 PSRR?-第三部分
时间:2018-11-21 11:52来源:21Dianyuan
摘要:低压降稳压器(LDO)参数和电源抑制比(PSRR)特性,以及它如何受到应用的条件影响
之前在我们的博客《什么是积分噪声?第二部分》中,我们谈到了积分噪声及其意义。今天,我们将重点谈谈低压降稳压器(LDO)参数和电源抑制比(PSRR) 特性,以及它如何受到应用的条件影响。
PSRR描述LDO抑制输入源纹波电压的能力,可用以下公式表示:
PSRR曲线的一个例子如图1所示。我们可把此图分成两个区域。第一个区域标记为LDO有源区域,涵盖LDO作为有源纹波抑制器工作的频率范围。这代表控制回路能够通过一个过渡器件(pass device)补偿输入纹波,并保持稳定的输出电压。实际上,它的形状几乎与运算放大器的增益特性相同。它是线性升高的,直到控制回路不能将增益保持在期望的水平。在理想世界中,如果没有任何输出电容,增益就会降低,直到等于1为止。这一点被称为过渡频率。在现实世界中,一个LDO需要一些输出电容来稳定。它的阻抗与寄生阻抗共同构成滤波器,有助于改善高频PSRR特性。
LDO的PSRR性能不仅受到稳压回路性能的影响,而且还受到一些关键内部控制电路性能的影响。电源产生的电压纹波通过各种内部块,影响输出性能。图2显示了基本的LDO框图和输入电压纹波影响输出电压的可能方式。
第二条敏感路径是误差放大器电源。无论参考电压的稳定性如何,如果误差放大器没有干净的电源电压,结果将是不准确的。耦合电压纹波会影响放大器的增益稳定性和频率补偿,导致输出电压扰动,降低PSRR。
第三条路径是通过过渡器件(pass device)耦合到输出端。通过对稳压器进行适当的补偿,减小纹波。这是输出电压纹波的主要原因,设计良好的LDO应该能够在低频和中频区域抑制这纹波。
LDO的PSRR性能也受外部应用条件的影响。最重要的因素是负载电流、输出电容和电压余量。让我们更进一步看看这每一条路径。
图3显示了稳压器负载电流的影响。我们可看到,在高频范围内,更高的电流会使PSRR更差.
PSRR描述LDO抑制输入源纹波电压的能力,可用以下公式表示:
图1.简化的PSRR频率区域图
另一个区域(COUT +PCB寄生区),LDO不通过控制回路抑制输入电压纹波,只有一个输出级阻抗。LDO的PSRR性能不仅受到稳压回路性能的影响,而且还受到一些关键内部控制电路性能的影响。电源产生的电压纹波通过各种内部块,影响输出性能。图2显示了基本的LDO框图和输入电压纹波影响输出电压的可能方式。
图2.简化的LDO框图
第一条重要路径是内部电压基准块。它为误差放大器和其他LDO块生成稳定和干净的参考电压。当任何纹波电压通过基准块到输出时,误差放大器将这不想要的电压纹波复制到LDO输出。这是不想要的行为,因此基准电压块应尽可能干净,以获得好的PSRR。第二条敏感路径是误差放大器电源。无论参考电压的稳定性如何,如果误差放大器没有干净的电源电压,结果将是不准确的。耦合电压纹波会影响放大器的增益稳定性和频率补偿,导致输出电压扰动,降低PSRR。
第三条路径是通过过渡器件(pass device)耦合到输出端。通过对稳压器进行适当的补偿,减小纹波。这是输出电压纹波的主要原因,设计良好的LDO应该能够在低频和中频区域抑制这纹波。
LDO的PSRR性能也受外部应用条件的影响。最重要的因素是负载电流、输出电容和电压余量。让我们更进一步看看这每一条路径。
图3显示了稳压器负载电流的影响。我们可看到,在高频范围内,更高的电流会使PSRR更差.
图3.输出曲线对比PSRR-NCP163
图4显示了输出电容的选择如何影响PSRR。我们可看到,在高频区域,更高的电容大大提高了PSRR。这证实了我们以前的理论,输出阻抗和PCB寄生阻抗形成一个LC滤波器,以保持较高的PSRR。当LDO用作后DC-DC稳压器时,它对调节PSRR很有用。经验丰富的工程师可以移动PSRR峰值,以准确匹配变换器的开关频率。应保持允许的最大COUT 值。图4.输出电容值对比PSRR – NCP163
在图5中,我们可看到经常被忽略的电压余量参数及其对PSRR的影响。电压余量是指VIN-VOUT 之间的电压差,不能与LDO压降混淆。在下面的例子中,NCP 163提供了非常低的压降,因此可以使用非常小的电压余量来实现相当好的PSRR性能。我们可看到,100毫伏的电压余量足以实现可靠的功能,但每增加1毫伏就显着改善PSRR。最终回报会递减,没有必要使用高于300 mV的电压余量。图5.电压余量对比PSRR – NCP163
了解PSRR以及输入电压纹波如何耦合到LDO结构中并影响其性能对于LDO性能非常重要。我们的下一篇博客将谈谈PSRR值在实际应用中的意义。请继续关注。请继续关注一些好的设计实践的良好范围的图片和演示。所有的测量和图表都采用我们的超高PSRR NCP163。
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