DC/DC基本原理5 (LDO Regulator) : 為什麼LDO要看PSRR？ 什麼是PSRR?

作者:Minepower 伏特羊

I. 什麼是PSRR

當使用交流電源轉接器將插座提供的60 Hz交流電源轉換為直流電源時，直流電源中可能包含頻率為60 Hz的小電壓波動。電源線上可能出現各種頻率的電壓變化，這些附加在電源線上的微小電壓波動有時可能會影響電源管理IC提供穩定電壓，這種在電源線上定期出現的微小波動被稱為漣波或漣波雜訊。

線性穩壓器的主要特點之一是它能夠在漣波雜訊(Ripple)到達輸出端之前減少附加在輸入電壓中的漣波雜訊，如圖1所示。這種功能通常表示為漣波抑制（RR）。有時，這也被稱為電源抑制比或電源漣波抑制（PSRR）。

圖1. LDO的漣波抑制(來源:nisshinbo)

PSRR是電源漣波抑制比(Power Supply Ripple Rejection)的縮寫，是用來評估一個電壓穩壓器（比如LDO）對不同頻率的輸入電源漣波的抵抗程度。這種性能指標表示了LDO在處理來自輸入電源的波動和雜訊時的效能。

II. PSRR的定義

(1)在各家IC廠商的產品規格書中，PSRR通常被定義為輸出電壓和輸入電壓漣波幅度的比值，如RichTech定義的PSRR為負值，可由公式1所表示，式中為輸出電壓漣波幅度/輸入電壓漣波幅度。

⇒ -20dB：衰減到1/10

⇒ -40dB：衰減到1/100

⇒ -80dB：衰減到1/1000

因此，較低的PSRR值對應著更好的性能，PSRR值越低，說明LDO越能有效地濾除這些不穩定因素，確保穩定的輸出電壓。

圖2.PSRR對應頻率曲線(來源:RichTech)

在圖2中呈現的是PSRR與頻率之間的相互關係，可由圖2中分析出下述3點:

1.當頻率低於10kHz時，該LDO擁有高的開環電壓增益，能夠對漣波形成高效的抑制。

2.隨著頻率的增加，由於LDO的頻寬受限，環路增益降低，導致PSRR曲線上升。如果更高的LDO負載電流會將負荷極點推向上方，因此在較高負載條件下，單位增益頻率也相應提高。

在這個例子中，10mA負載時的LDO單位增益頻率為300kHz，而在300mA負載時，它提高到1MHz，這可以在圖2中的曲線尖峰觀察到。

3.當超過這個單位增益頻率時，LDO無法進一步消除漣波，這種非常高頻率出處漣波衰減主要通過LDO輸出電容和內部寄生電容達成。

(2)而有些IC廠商則是將PSRR定義為正值，如TI，可由公式2所表示，式中為輸入電壓漣波幅度/輸出電壓漣波幅度。

⇒ 20dB：衰減到1/10

⇒ 40dB：衰減到1/100

⇒ 80dB：衰減到1/1000

相對的，定義為正值的PSRR，較大的PSRR值對應著更好的性能，PSRR值越高說明LDO越能有效地濾除這些不穩定因素；兩種定義方式雖然不同，但皆為量化性能的方式。

舉例來說，當在輸入端加上1kHz、振幅為500mV峰對峰值的波形時，如果輸出端的波動被抑制到5mV峰對峰值，那麼這種情況下的抑制比為100/1（500mV峰對峰值除以5mV峰對峰值），換算為dB，表示為40dB@1kHz。

通常，產品規格書會列出PSRR在1 kHz漣波頻率下的漣波抑制數值，一般的線性穩壓器通常具有40至60 dB的漣波抑制能力，而擁有高PSRR的穩壓器，其漣波抑制能力可以達到60至80 dB。

參考文獻: 

https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/en/design-support/basic/03-linear-regulator.htmlhttps://product.torexsemi.com/tw/technical-support/techinfo/doc_2085

https://www.richtek.com/selection-guide/tw/selection-ldo-criteria.html