1、簡介 越來越多的行動裝置和其他電子設備使用了不同的半導體零件來實現其高性能，做為 LDO 負載的半導體部件，例如圖像感測器，若 LDO 的輸出電壓變動，就有可能引起電子元件的動作不良或性能劣化。因此，LDO 必須提供穩定的電源電壓，以實現高效能的半導體元件正常運作。 電源抑制比 (PSRR) 是 LDO 最重要的性能項目之一。本文介紹 PSRR 的原理，並透過了解頻率特性和輸出電容器對 PSRR的影響，為電子設備設計中選擇和使用合適的 LDO 提供了幫助。
2、LDO 電源抑制比 (PSRR) 的重要性及其定義 LDO (線性調節器) 是指將電池或 DC-DC 轉換器等產生的直流電壓 (LDO的輸入電壓) 轉換為其他更低的直流電壓後輸出的電源元件。此時，對 LDO 的輸入電壓不一定是理想的直流電壓，它可能包含漣波，對由 LDO 供電的電子設備產生不良影響。 LDO 的 PSRR 即其抑制輸入電壓 (VIN) 漣波的能力，由下列等式指定。 下圖顯示了具有 PMOS的典型 LDO 以及提供給其負載的輸出電壓波形。 VINRPL : LDO 輸入電壓 VIN 的漣波分量 VOUTRPL : LDO 輸出電壓 VOUT 的漣波分量 3、LDO PSRR 頻率依賴性的基礎原理 3.1 決定 PSRR 的因素 哪些因素決定 LDO 的 PSRR？ 上圖為一典型 LDO 的電路圖。 如果 PMOS 傳輸元件的閘極電壓漣波等於 VIN 上的漣波 (VINRPL)，則閘極電壓與 VIN 同時變化，同時保持恆定的電壓差。在這種情況下，PMOS 傳輸元件不會因 VIN 漣波而將任何電流傳輸至輸出。這是正確的，因為從理論上講，PMOS 傳輸元件的閘極電壓和輸入電壓 (VIN) 具有相等的漣波。在這種情況下，VIN 漣波電壓會根據 LDO (即負回授的低阻抗) 的輸出阻抗 (ZOUT) 與 PMOS 傳輸元件的輸出電阻 (rDS) 比值來劃分。 因此，PSRR 由此分壓比決定。 此外，LDO 輸出阻抗 ZOUT 由於負回授而變低 (下文將描述ZOFB)，但由於 LDO內部放大器的增益是實現低 LDO 輸出阻抗所必需的元件，因此 PSRR 也具有頻率依賴性。
3.2 負回授對 LDO 輸出阻抗降低的影響 LDO 是電壓-電壓回授 (串併聯回授)，將輸出電壓 (VOUT) 施加到輸入，以維持穩定的輸出電壓。使用負回授的額外好處是降低輸出阻抗 (ZOUT)。 其輸出電阻可以透過在輸出端輸入測試訊號 VT 來計算，如下圖所示，在不乘以負回授的情況下，輸出電阻 ROUT 減小到約 1/Aβ（A: LDO 內部放大器的增益，β: 回饋因數）。 由於典型負回授系統中的放大器具有 100dB 量級的大增益 (A)，因此輸出阻抗 (ZOFB) 小得可以忽略不計，小於放大器固有輸出阻抗 (ROUT) 的萬分之一。 考慮到這一點，PSRR 可計算如下： 如 PSRR 公式所示，如果輸出阻抗 ZOFB 遠小於輸出 PMOS 的輸出電阻 (rDS)，則 PSRR 值將會更高。包含在上式輸出阻抗 ZOFB 中的 LDO 中的放大器的增益具有頻率特性，並且在高頻區域中其增益降低。因此，負回授對輸出阻抗的降低效應在高頻區域會降低，PSRR 也會隨之在高頻區域惡化。
3.3 LDO 頻率依賴性詳述 LDO 的 PSRR 具有頻率依賴性，通常在低頻區域 PSRR 較高，在高頻區域 PSRR 較低，大致分為以下三個區域： ・從 DC 到幾 kHz 的低頻區域 ・幾 kHz 至 100kHz 的高頻區 ・約 100kHz 或更高的超高頻區域  與低頻區域的情況一樣，高頻區域的 PSRR 是 VIN 紋波除以負回授 LDO 輸出阻抗 (ZOFB) 與 PMOS 輸出電阻 (rDS) 的比率。在高頻區域，內部放大器的增益取決於頻率，決定了 LDO 的輸出阻抗 (ZOFB)。 因此，ZOFB 隨著頻率的增加而減少。在這種情況下，PSRR 隨著增益的減少而變小。
由下面的方程式得知，當輸出電容器 (COUT) 越大，PSRR 越高。 如上圖，PSRR 在高頻區域下降。較大的電容器 (COUT) 讓 PSRR 在相對較低的頻率下再次增加，因為它提供較低的電容阻抗 (即較大的 COUT)。 因此，大輸出電容有助於在高頻下保持高 PSRR。相反地，當輸出電容器 (COUT) 較小時，PSRR 持續下降直至相對較高的頻率。 (前提：假設等效串聯電阻 (RESR) 是恆定的)
以下方等式所示，在超高頻區域，具有較低等效串聯電阻 (RESR) 的輸出電容器 (COUT) 可提供較高的 PSRR。
為了提高 PSRR，使用具有最大電容值和較小等效串聯電阻 (RESR) 的輸出電容器 (COUT) 是有益的。然而，大輸出電容器 (COUT) 會導致 LDO 輸出電壓 (VOUT) 上升期間突波電流增加，甚至在最壞的情況下會導致振盪。 此外，輸出電容器具有較小的等效串聯電阻 (RESR) 不能提供足夠的抗振盪能力。 實際上，由於 LDO 內外存在的寄生電感和電抗的影響，PSRR 的頻率特性在大約 100 kHz 以上的超高頻區域表現出複雜的波形。
4、總結 PSRR 是選擇 LDO 的一項重要因素，即使在高頻下也需要高 PSRR。為了提高 PSRR，使用具有適當且最大容值和低等效串聯電阻 (RESR) 的輸出電容器 (COUT) 是有效的。東芝的 LDO 在各方面參數之間進行了最佳化設計，低壓系列產品中，目前已提供最高 PSRR 可達 98dB 的產品，輸出電流分別有 0.5A 及 0.8A，最小封裝則約為 1*1 的 SMD 和 BGA 型式。 |
