低功耗应用:LDO 中 PSRR 参数全解析
一、PSRR 参数的核心含义
PSRR (Power Supply Rejection Ratio) 即电源抑制比，又称电源纹波抑制比 (RRR)，是衡量 LDO 稳压器抑制输入电压纹波 / 噪声传递到输出端能力的关键指标。
核心定义公式：
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PSRR(dB) = 20·log₁₀(|V_in,ac| / |V_out,ac|)其中：
- V_in,ac：输入电压中的交流纹波 / 噪声分量
- V_out,ac：输出电压中对应的交流纹波 / 噪声分量
关键特性：
- 单位为分贝 (dB)，数值越大表示抑制能力越强
- 频率依赖性：PSRR 随频率升高而下降，这是 LDO 环路带宽限制的固有特性
- 厂商表述差异：多数厂商 (如 TI) 采用上述定义，少数厂商 (如 Richtek) 定义为 PSRR=20・log₁₀(|V_out,ac| / |V_in,ac|)，此时数值越小越好，需注意 datasheet 标注
二、PSRR 的实际应用价值
PSRR 直接决定 LDO 输出电源的纯净度，对多种高敏感应用至关重要：
表格
| 应用场景 | 核心价值 | 典型 PSRR 要求 |
|---|---|---|
| 音频系统 | 抑制电源噪声导致的底噪与失真，提升信噪比 (SNR) | 音频频段 (20Hz-20kHz) PSRR>70dB，高端应用 > 90dB |
| 射频通信 | 避免电源噪声耦合到 PLL/VCO，防止相位噪声恶化与接收灵敏度下降 | 1MHz-100MHz 频段 PSRR>40dB，关键频段 > 50dB |
| 精密测量 | 降低电源噪声引入的测量误差，保障数据采集精度 | 全频段高 PSRR，尤其低频段 (10Hz-1kHz) |
| 高速数字电路 | 减少电源噪声引起的信号抖动，提升时序裕量 | 100kHz-1MHz 频段 PSRR>50dB |
| 医疗电子 | 防止电源噪声干扰生理信号采集，保障诊断准确性 | 超宽频段高 PSRR，严格噪声控制 |
实战意义：PSRR 不足会导致系统性能严重下降，如某射频产品因 LDO 在 1.2MHz (前级 DC-DC 频率) PSRR 接近 0dB，整机接收灵敏度暴跌 10dB 以上，通信距离腰斩。
三、不同 PSRR 值的影响差异
PSRR 值直接决定输入纹波在输出端的衰减程度，以下为量化分析：
表格
| PSRR 值 (dB) | 纹波衰减倍数 | 输入 1mV 纹波时输出纹波 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 20dB | 10 倍 | 100μV | 普通数字电路，对噪声不敏感 |
| 40dB | 100 倍 | 10μV | 一般工业控制，低速模拟电路 |
| 60dB | 1000 倍 | 1μV | 中高端模拟电路，一般音频应用 |
| 80dB | 10,000 倍 | 100nV | 高端音频，精密测量，低噪声传感器 |
| 100dB | 100,000 倍 | 10nV | 超精密仪器，射频 PLL，高分辨率 ADC/DAC |
关键影响因素：
- 频率：典型 LDO 在 10Hz-1kHz 可达 70-90dB，100kHz 降至 50-70dB，1MHz 可能仅 20-40dB
- 压差 (Vin-Vout)：压差减小会显著降低 PSRR，如从 500mV 降至 300mV，PSRR 可能下降 18dB 以上
- 负载电流：负载增大时 PSRR 降低，大负载 + 小压差条件下尤为明显
- 输出电容：增大输出电容可提升低频 PSRR，但对高频改善有限
四、PSRR 的专业测量方法
PSRR 测量核心是在 LDO 输入端叠加已知幅值的交流纹波，测量输出端对应纹波，计算比值。
1. 测量原理与基本设置
- 核心条件：保持 LDO 工作在正常稳压状态 (Vin> Vout + Vdropout)
- 测试配置：直流电源提供 Vin 直流分量，信号发生器提供交流纹波，示波器 / 网络分析仪测量输入输出纹波
2. 三种主流测量方法对比
表格
| 测量方法 | 核心原理 | 适用频率 | 优势 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
| LC 总和节点法 | 用电感隔离直流，电容耦合交流，叠加到 LDO 输入端 | 1kHz-500kHz | 结构简单，成本低 | 高频受 LC 寄生参数影响，精度下降 |
| 放大器法 | 用宽带运放构建精密加法电路，隔离直流与交流 | 10Hz-10MHz | 频带宽，精度高，纹波纯净 | 电路复杂，需高精度运放 |
| 矢量网络分析仪法 | 用 VNA 扫频测量，直接获取频率响应 | 10Hz-100MHz | 自动化程度高，数据全面 | 设备昂贵，适合研发实验室 |
3. 详细测量步骤 (放大器法)
- 搭建测试电路：
- 运放构成加法器，同相端接直流电源，反相端通过电阻接信号发生器
- 运放输出作为 LDO 输入，确保直流偏置正确
- 设置仪器：
- 信号发生器输出 1mVrms 正弦波，频率从 10Hz 扫至 1MHz
- 双通道示波器 / 频谱分析仪同步测量输入输出纹波
- 数据采集与计算：
- 记录各频率点 V_in,ac 和 V_out,ac
- 按公式计算 PSRR (dB)=20・log₁₀(V_in,ac/V_out,ac)
- 绘制 PSRR 频率曲线，与 datasheet 对比验证
4. 测量关键注意事项
- 探头选择：使用高阻抗 (≥10MΩ)、低电容 (<10pF) 示波器探头，减小测量干扰
- 电源隔离：确保直流电源与交流信号源良好隔离，避免相互干扰
- 负载条件：测量应覆盖空载到满载的全负载范围，记录不同条件下的 PSRR 变化
- 压差影响：测试不同 Vin-Vout 压差下的 PSRR，评估实际应用中的裕量
五、总结与选型建议
- PSRR 是 LDO 抑制电源噪声的核心指标，数值越大越好，且需关注全频率范围表现
- 不同应用场景对 PSRR 要求差异显著，射频与音频应用需特别关注对应频段的 PSRR 值
- 测量 PSRR 需采用专业方法，确保数据准确性，避免因测试不当导致的选型错误
- 选型铁律：射频 PLL 供电必须核对 1MHz + 高频 PSRR；全负载、全压差范围留 20dB 以上安全余量；高频应用优先选择低噪声、高带宽 LDO