低压差线性电压调节器LDO的纹波抑制比

[导读]低压差线性电压调节器LDO以及其他线性电压调节器的电源芯片，内部的反馈环采用电压误差放大器调节系统外部输入电压和输出电流的变化，从而保证输出电压的稳定。电压误差放大器都有一定的工作频段和直流增益的限制，如果频率升高，电压误差放大器的工作特性就会恶化，从而影响系统输出的噪声和纹波。...

低压差线性电压调节器LDO以及其他线性电压调节器的电源芯片，内部的反馈环采用电压误差放大器调节系统外部输入电压和输出电流的变化，从而保证输出电压的稳定。电压误差放大器都有一定的工作频段和直流增益的限制，如果频率升高，电压误差放大器的工作特性就会恶化，从而影响系统输出的噪声和纹波。

在一些LDO电源芯片的数据表中，有二个参数表征其特性：

（1）输出噪声：在一定的频率范围内，输出电压的噪声典型值以及最大值。电源的输出电压越高，输出电压的噪声也越大。

（2）电源的纹波抑制比Ripple Rejection，如果输入端的纹波为Vri，Vri在输出端产生的纹波为Vro，那么，纹波抑制比为：

通用LDO通常主要考虑120Hz的输出电压的纹波抑制比，然而，对于一些高性能的模拟电路，如高精度测量的低噪声仪用前置放大器、射频芯片等，通常要求其供电电源在更宽的频率范围内，如10Hz-1MHz，具有低的输出电压噪声和高的纹波抑制比。

低噪声的LDO数据表中，会标示出更宽频率范围内的纹波抑制比特性曲线，如图1所示。可以看到，其频段范围为：10Hz-1MHz，在低频的频段范围，纹波抑制比约为63dB。在100 kHz 时，纹波抑制比仍然有37dB左右。

例如：如果输入纹波为50mVrms，那么，100 kHz时的输出纹波为：

图1：LT1963纹波抑制比

通用的LDO芯片，很难在高频时达到这样高的纹波抑制比性能，特别是一些高频非隔离DCDC芯片。但是，如果电源的输入电压比较高，输出电流比较大，采用LDO时，系统的功耗非常大，效率会非常低，极端情况下，因为功耗的限制，无法采用LDO方案。有些模拟电路系统，既要供电电源具有高的纹波抑制比，同时也具有较高的效率，那么，根据系统对纹波的要求，可以采用以下三个不同的方案。

图2：高纹波抑制高效设计方案

（1）BUCK DCDC LC滤波器：成本低，性能一般。

（2）BUCK DCDC 通用的LDO：性能居中，性能居中。

（3）BUCK DCDC 低噪声的LDO：性能最优，成本最高。

设计的时候，BUCK DCDC的输出电压要尽可能的低；同时，要大于LDO的最低工作电压，这样才能保证系统的效率最高，同时LDO能正常工作。

附录：

图3：LT1963输出噪音Spectral Density

图4：LT1963输出噪音与负载电流关系

图5：LT1963输出电压噪音，10Hz到100kHz的带宽全负载范围

LM7805的数据表

图6：LM7805的纹波抑制比

注意测量的条件：Vrms=3.5V，这样的测试条件，对于实际的应用，没有参考意义。