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高保真系统的基石:如何选型 LDO 以优化信号准确性

核心亮点#

  • 信号链“隔离墙”:LDO 负责滤除前级开关电源(DC/DC)的高频纹波。
  • PSRR 的全频段解析:掌握低频(增益主导)与高频(电容主导)的不同抑制机制。
  • 噪声 vs PSRR:区分“自身产生”与“外部抑制”这两个易混淆的概念。
  • 关键选型权衡:在压降(Dropout)、功耗与噪声抑制能力之间寻找平衡点。

深度洞察#

📡 线性稳压器在噪声敏感应用中的重要性#

高性能模拟电路(如 24-bit ADC 或低噪声放大器)对电源纹波极度敏感。LDO 通过极高的开环增益和线性调整率,为这些组件提供近乎理想的 DC 环境,确保信号保真度不受电源调制干扰。

🔊 电源纹波抑制比(PSRR)解析#

PSRR(Power Supply Rejection Ratio)定义为输入纹波与输出纹波的比值(单位:dB)。

高 PSRR 意味着 LDO 像一把严密的筛子,能挡住上游电源的杂波。

📉 PSRR 的三段论:频率响应分析#

LDO 的抑制能力随频率显著变化,设计时需分段对策:

  1. 低频段(< 10kHz):主要由内部放大器的开环增益决定。此时基准源(Bandgap)的稳定性至关重要。
  2. 中频段(10kHz - 1MHz):抑制能力随放大器带宽的降低而滚降。
  3. 高频段(> 1MHz):此时放大器已无能为力,抑制作用几乎完全由输出电容的 ESR 和容量以及 PCB 的寄生电感决定。

⚙️ 压降(Dropout)对性能的隐形影响#

工程师常希望 LDO 的输入输出压差()越小越好以提高效率,但这会降低 PSRR。

  • 饱和区限制:当压差过小时,内部调整管(Pass Transistor)进入线性区边缘,增益大幅下降。
  • 实战建议:为获得最佳 PSRR,建议预留比数据手册标称最低 高出 的裕量。

🔍 内部噪声(Noise)与 PSRR 的区别#

这是选型中最常见的误区:

  • PSRR:是 LDO 抗外界干扰的能力(例如滤除 100kHz 开关纹波)。
  • 输出噪声(Output Noise):是 LDO 自生干扰(由内部带隙、反馈电阻的热噪声产生)。
  • 如何选型:RF 系统优先看 频谱噪声密度(nV/√Hz);传感器系统优先看 积分噪声(µVrms)

⚙️ 输出电容器的决定性作用#

LDO 不是独立工作的,它与输出电容构成一个反馈系统。

  • 稳定性极点:传统的 LDO 依赖输出电容的 ESR(等效串联电阻)来提供零点补偿。
  • 陶瓷电容(MLCC)陷阱:现代低功耗 LDO 通常要求超低 ESR。若 ESR 过大或过小(视型号而定),LDO 可能会发生高频振荡,反而引入巨大的噪声。

🔧 设计对信号完整性的优化建议#

  1. 级联滤波:如果前级是 DC/DC,在 LDO 前端放置一个 LC 滤波器可以极大减轻 LDO 的高频抑制压力。
  2. 注重 PCB 布局:将 LDO 的反馈引脚(FB)远离电感等辐射源,并确保地平面(GND)完整,以降低共同阻抗耦合噪声。
  3. 动态负载响应:对于负载电流剧烈波动的场景(如射频突发传输),应优先选择具有优异**瞬态响应(Transient Response)**的 LDO。

结语#

选择线性稳压器不仅仅是看 和 。在高精尖硬件开发中,深入理解 频率域的 PSRR 表现电容补偿机制 是提升信号准确性的捷径。

高保真系统的基石:如何选型 LDO 以优化信号准确性
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作者
杨月昌
发布于
2019-02-23
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0