LDO 的运行困境：低裕量和最小负载

图4 展示的是2.5 V ADM7160在500 mV裕量和100 mA负载条件下，相对于E3631A台式电源的输出噪声，该台式电源在20 Hz至20 MHz范围内的额定噪声低于350 μV-rms。1 kHz以下的许多杂散为与60 Hz线路频率整流相关的谐波。10kHz以上的宽杂散来自产生最终输出电压的DC-DC转换器。1 MHz以上的杂散源于环境中与电源噪声不相关的RF 源。在10Hz至100kHz范围内，这些测试所用电源的实测噪声为56 μVrms，含杂散为104μV。LDO抑制电源上的所有噪声，输出噪声约为9 μV-rms。

图4. ADM7160噪声频谱密度（裕量为500 mV）

当裕量电压降至200 mV时，随着高频PSRR接近0 dB，100 kHz以上的噪声杂散开始穿过噪底。噪声略升至10.8 μV rms。随着裕量降至150 mV，整流谐波开始影响输出噪声，后者升至12μVrms。在大约250 kHz 处出现幅度适中的峰值，因而尽管总噪声的增加量并不大，但敏感电路也可能受到不利影响。随着裕量电压进一步下降，性能受到影响，与整流相关的杂散开始在噪 声频谱中显现出来。图5所示为100-mV裕量条件下的输出。噪声已上升至12.5 μV rms。谐波所含能量极少，因此，杂散噪声只是略有增加，为12.7 μV rms。

图5. ADM7160噪声频谱密度（裕量为100 mV）

当裕量为75 mV时，输出噪声受到严重影响，整流谐波出现在整个频谱中。Rms噪声升至18 μV rms，噪声与杂散之和升至27μV rms。超过~200 kHz范围的噪声被衰减，因为LDO环路无增益，充当一个无源RC滤波器。当裕量为65 mV时，ADM7160采用压差工作模式。如图6 所示，ADM7160的输出电压噪声实际上与输入噪声相同。现在，rms噪声为53 μVrms，噪声与杂散之和为109 μV rms。超过~100 kHz 范围的噪声被衰减，因为LDO充当一个无源RC 滤波器。

图6. ADM7160在压差模式下的噪声频谱密度

高PSRR、超低噪声LDO
如ADM7150 超低噪声、高PSRR调节器一类的新型LDO实际上级联了两个LDO，因此，结果得到的PSRR约为各个级之和。这些LDO要求略高的裕量电压，但能够在1 MHz条件下实现超过60 dB的PSRR，较低频率下，PSRR可以远超100 dB。

图7 所示为一个5 V的ADM7150的噪声频谱密度，其负载电流为500 mA，裕量为800 mV。10 Hz至100 kHz范围内，输出噪声为2.2 μV rms。随着裕量降至600 mV，整流谐波开始显现，但当输出噪声升至2.3 μV rms时，其对噪声的影响很小。

图7. ADM7150噪声频谱密度（裕量为800 mV）

当裕量为500 mV时，可在12 kHz处明显看到整流谐波和峰值，如图8所示。输出电压噪声升至3.9 μV rms。

图8. ADM7150 噪声频谱密度（裕量为500 mV）

当裕量为350 mV时，LDO采用压差工作模式。此时，LDO再也不能调节输出电压，充当一个电阻，输出噪声升至近76 μV rms，如图9所示。只有FET的RDSON和输出端的电容形成的极点衰减输入噪声。

图9. ADM7150在压差模式下的噪声频谱密度

结论
现代LDO越来越多地用于清除供电轨中的噪声，这些供电轨通常通过可以在较宽频谱下产生噪声的开关调节器实现。开关调节器以超高的效率形成这些电压轨，但本身耗能的LDO既会减少噪声，也会导致效率下降。因此，应尽量降低LDO的工作裕量电压。

如前所述，LDO的PSRR为负载电流和裕量电压的函数，会随负载电流的增加或裕量电压的减少而减少，因为，在调整管的工作点从饱和工作区移至三极工作区时，环路增益会下降。

通过考虑输入源噪声特性、PSRR 和最差条件容差，设计师可以优化功耗和输出噪声，为敏感型模拟电路打造出高效的低噪声 电源。

在裕量电压超低的条件下，输入和输出电压的最差条件容差可能对PSRR形成影响。在设计时充分考虑最差条件容差可以确保可靠的设计，否则设计的具有较低的PSRR的电源解决方案，其总噪声也会高于预期。