芯耀
与非AI
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很多硬件工程师都有过这种经历，前级DCDC输出明明只有十几mV的纹波，后面再接一个LDO，按理说应该更干净了，结果示波器一测，输出还是几mV，甚至在几百kHz、几MHz的位置还能看到明显尖峰。
于是开始换电容，1μF换10μF，10μF换22μF，电容不行就换品牌，最后发现，纹波还是在那里，问题其实不一定出在电容。LDO降低输出纹波，真正要搞清楚的是这个纹波到底从哪里来？它位于什么频率？
LDO在这个频率下到底有多少PSRR？
先把纹波和噪声分清楚LDO输出端看到的东西，通常不是一种信号，比较常见的可以分成三类：
第一类：输入电源带进来的纹波
比如前级Buck工作在500kHz，输出存在20mVpp纹波，那么这20mV就是LDO的外部噪声源。LDO能不能把它压下去，主要看PSRR。
第二类：LDO自身产生的噪声
LDO内部有基准源、误差放大器、晶体管等，本身就会产生热噪声、1/f噪声等。即使输入端是一根非常干净的直流电源，LDO输出也不可能做到绝对没有噪声。ADI对LDO噪声的分析也明确区分了内部噪声和输入端传入的外部噪声，这两类问题解决方法并不一样。
第三类：负载变化引起的电压波动
例如MCU突然从100mA跳到500mA，LDO瞬间供不上电流，输出电压就会产生一个下冲，这个严格来说更接近负载瞬态，而不是传统意义上的纹波。
所以第一步千万别上来就换电容，先看看示波器上的波形是什么频率。真正决定LDO能压多少纹波的是PSRRPSRR可以简单理解成输入有多少干扰，最后有多少漏到了输出。
假设前级DCDC有V_IN,ripple=20mV，而LDO在这个频率下PSRR为40dB，那么：
也就是理论上可以把20mV压到200μV，但是这里有一个特别容易踩的坑是PSRR不是一个固定数字，很多LDO宣传资料上会写PSRR = 70dB、80dB甚至100dB，千万不要直接拿这个数字套到你的电路上。
因为LDO的PSRR是随频率变化的，低频可能有70~80dB，但是到了几百kHz、1MHz，可能已经明显下降。随着误差放大器环路增益下降，LDO的PSRR会随频率下降，到了环路带宽之外，高频抑制更多依赖输出电容、ESR、ESL以及PCB寄生参数。
上面的波形里为什么高频纹波特别难处理？
假设你的Buck开关频率是1MHz，前级输出纹波里面除了1MHz基波，往往还有2MHz、3MHz甚至更高频的谐波和开关尖峰，而LDO的控制环路不是无限快的，在低频的时候，误差放大器可以通过反馈不断修正输出，所以PSRR很好，频率越来越高以后，控制环路来不及响应，PSRR开始下降。到了更高频率，基本就不能指望LDO内部环路继续追着纹波跑了。这时候输出电容和PCB寄生参数开始变得非常重要。
尤其是电容的ESR、ESL以及走线电感，会直接影响高频抑制能力。所以会出现一个很有意思的现象是低频纹波LDO压得很好，高频尖峰却几乎原封不动地出现在输出端。这不是LDO坏了，而是它已经超出了自己的有效控制频段。
那如何降低LDO输出端纹波呢？
1：直接选高PSRR LDO
这是最直接的办法，如果前级DCDC本身纹波比较大，而且后级又是ADC音频等敏感电路，那么普通LDO可能真的不够用，这种场合建议优先选择低噪声LDO，高PSRR LDO，在目标开关频率附近仍保持较高PSRR的LDO。
比如前级DCDC是500kHz，那么不要只看LDO的10Hz、100Hz、1kHz PSRR，而应该重点看500kHz附近到底剩多少？
2：LDO前面加一级LC滤波
如果前级DCDC的高频纹波比较明显，最有效的办法之一不是继续堆输出电容，而是在LDO前面先把脏东西过滤掉。
假设L=1uH，C=1uF，那么fc大概是159kHz，如果前级DCDC是1MHz，那么1MHz已经明显高于截止频率，LC可以提供额外衰减。实际设计中，还需要考虑LC谐振和阻尼问题，不能简单地认为L越大、C越大就一定越好。
3：利用LDO的NR/Bypass功能降低自身噪声
如果问题不是输入纹波太大，而是LDO自身噪声比较高，那么单纯提高PSRR没有意义，这时候可以看看LDO有没有NR、Noise Reduction、Bypass等引脚。一些可调LDO可以在参考源或者反馈网络增加RC降噪网络。
这里一定要看具体LDO的数据手册，不是所有LDO都能随便在反馈节点挂电容，因为环路稳定性、相位裕度、启动时间都可能受到影响。
4：输出电容不是越大越好
这是很多硬件工程师容易陷进去的地方，看到输出纹波大，那我把1μF换成22μF？
这个办法有时候有效，但不能把它当成万能药，到了足够高的频率以后，ESL会逐渐占主导。所以你把10μF换成100μF，并不意味着MHz频段的滤波能力提高10倍。反而是电容距离LDO有多远、走线有多长、过孔有多少，有时候比你从10μF换成22μF更重要，LDO输出电容一定要尽量靠近LDO输出脚。
最后一个容易被冤枉的问题：你的示波器这个真的值得单独说，如果你测LDO输出纹波时，用示波器探头自带的十几厘米长地线，你看到的纹波，有可能有一部分是你自己测出来的，尤其是几MHz甚至几十MHz的尖峰，长地线本身就是一个很好的天线，测LDO纹波建议探头使用短地弹簧，测试点尽量靠近LDO输出电容，不要让探头地线绕一大圈，必要时使用同轴方式测量，同时观察输入端和输出端波形。
否则你可能折腾半天电容、LDO、PCB，最后发现换了一个探头，纹波少了一半。
