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。
图3 PSRR的基本概念及表达式
在LDO相比DC/DC的主要优势中，输出噪声低是一个典型的选择LDO作为电源的供电的原因，而PSRR对输出噪声的影响是比较大的，比如当LDO的前级是一个DC/DC电源时，如图4，所示，DC/DC会给LDO输入带来高频纹波及一些高频噪声，此时LDO的PSRR参数对输出电压的纹波及噪声影响很大，有必要对其详细分析。
图4 典型的嵌入式系统电源架构
接下来，我们简单看一下MIC5235这个高耐压LDO的基本情况。以下图5是输出可调整版本的典型应用框图，我们设置输出电压为9V,输入电压为12V,输出按照150mA电流,输出电容为2.2uF/5mohm ESR。
图5 MIC5235-ADJ的典型应用框图
由于输出电压设为9V,按照分压电阻和参考电压的关系，我们设置相应的分压电阻R1,R2，分别为62.58k和10k。
图6 分压电阻设置
从MIC5235的规格书中找到了PSRR的曲线，可以看到如图6所示，在低频下PSRR相对比较高，随着频率的增加到200k，PSRR逐渐降低，然后又随着频率的增加而增加一直到1M，大概是这样的一个趋势。
图6 MIC5235的PSRR曲线
接下来，我们通过仿真的方式，看一下仿真的PSRR和实际规格书是否一致，另外，再看一下外围电路变化对其有什么影响。
二.LDO的PSRR基本仿真结果
仿真原理图很简单，直接按照规格书的典型应用电路设置，如图7所示，根据PSRR的基本概念，它是输入到输出的电压增益的对数坐标值，所以我们采用小信号测试的仪器去测试输入电压到输出电压的增益，在输入电压源上施加干扰源。
图7 MIC5235-ADJ的PSRR仿真
图8 LDO输出电压时域波形
经过仿真瞬态后，LDO输出电压,如图8所示，基本正常，输出电压稳定在9V.
图9 MIC5235-ADJ的PSRR增益
从PSRR的仿真结果来看，从低频10Hz到1k左右，增益基本在42db左右。从1k到50k附近增益逐渐降低，最低达到25db。从50k到10M一直在增大衰减，最大为80db左右(和规格书曲线基本一致，但由于一些非理想因素略有差异）。
三.LDO的PSRR外围电路影响因素仿真
接下来，我们看一下外围电路对LDO的PSRR的影响有多大。以上述仿真结果为比较基准。首先我们修改一下输出滤波电容的值，由2.2uF改为22uF。
图10 输出滤波电容容值增大
图11 输出电容容值增大对PSRR的影响
从图11的仿真结果看，在输出电容ESR不变的情况下，增大容值后，从3k一直到10M的频段内，PSRR都有大幅增加，滤波效果很明显，输出电压波形良好，稍有一些过冲。
图12 输出电容容值增大时输出电压波形
图13 输出电容ESR改为1mohm
在保持输出电容不变的情况下，将ESR电阻从5mohm改为1mohm，依然将初始仿真结果作为参考基准。
图14 输出电容ESR减小对PSRR的影响
从图14仿真结果来看，输出电容容值不变的情况下，选择ESR更小的电容，将提高高频段的衰减。
图15 输出电容ESR大幅增加的影响
将ESR大幅度增加，从5mohm变到50mohm，则发现对高频段的影响非常大，从600k到10M衰减变小了很多。
图16 增加前馈电容1n
如图16，在输出分压电阻上增加1n的前馈电容，依然将原始仿真结果作为基准。
图17 增加前馈电容对PSRR的影响
增加1nF前馈电容后，发现中频段，从1k到100k的衰减有大幅度增加。
图18 增加前馈电容后输出电压波形
总结，通过对LDO的PSRR的仿真，我们可以知道,在规格书给出的PSRR特性曲线基础上进一步优化电路系统的PSRR若干有效的方法，如通过调整增大输出电容及减小其ESR对中高频段的PSRR有很大帮助，而通过增加前馈电容，对中频段的PSRR有很大帮助，在保持环路稳定性的前提下，适当调整外围电路参数，有助于进一步改善PSRR的特性。
