本文概述：LDO输出噪声主要有两个来源：一是LDO自身的本征噪声（基准源噪声、误差放大器噪声、调整管噪声），二是输入电源的纹波经过LDO后泄露到输出（由PSRR决定抑制程度）。低噪声应用中，需要从选型（低噪声LDO）、电路（NR引脚滤波电容、输出电容选型、增加后级RC滤波）、布局（减小寄生、单点接地）三个层面优化。PSRR是频率相关的参数，不同频率下的PSRR差异很大，需要针对具体的干扰频率看对应的PSRR曲线，不能只看DC值。
频谱分析仪显示LDO输出电源噪声频谱与纹波

面试题

一个高精度ADC的参考电源用LDO供电，但输出噪声太大，影响采样精度。你会怎么分析和优化？PSRR是什么意思？LDO输出噪声和PSRR有什么关系？

面试官考察点

  • 是否理解LDO噪声的来源和机理

  • 是否清楚PSRR的定义和频率特性

  • 是否掌握降低LDO输出噪声的具体方法

  • 是否有低噪声电源设计的实际经验

  • 能否从多个维度系统地解决问题

回答思路

LDO输出噪声大的问题，我会先从噪声来源分析，再针对性地优化。噪声主要分两大类：一类是LDO自身的本征噪声，包括基准源、误差放大器、调整管的噪声；另一类是输入纹波通过LDO泄露到输出，这跟PSRR有关。

优化方法也分几个层级：最根本的是选低噪声LDO型号，然后用NR引脚加滤波电容降基准噪声，再优化输出电容和PCB布局，最后实在不够就加后级滤波或两级LDO串联。PSRR方面要特别注意它是频率的函数，不能只看一个数值，高频下PSRR会下降很多，这时候要靠输入前置滤波和输出电容来补。

LDO噪声的关键指标

uVrms
输出噪声
(积分噪声)
dB
PSRR
(电源抑制比)
nV/√Hz
噪声谱密度
(典型值)
10Hz-100kHz
常用噪声
测试带宽

核心要点速览

  • LDO输出噪声 = 本征噪声 + 输入纹波泄露（输入纹波/PSRR）

  • PSRR是频率的函数，通常DC时最高，随频率升高而下降

  • 低噪声LDO的本征噪声可以低到几uVrms以下，普通LDO可能几十到上百uVrms

  • NR引脚加电容可以显著降低基准噪声，是最常用的降噪手段

  • 输出电容影响环路稳定性和高频PSRR，选型要兼顾

LDO噪声的两大来源

来源一：LDO自身的本征噪声

LDO内部电路本身会产生噪声，主要包括：

  • 带隙基准源噪声：这是LDO噪声的主要来源之一。带隙基准的电压噪声通常在几十nV/√Hz量级，经过误差放大器和调整管后反映到输出端

  • 误差放大器噪声：误差运放的输入电压噪声和电流噪声会被放大，叠加在输出上

  • 调整管噪声：功率管的闪烁噪声和热噪声，大电流时更明显

  • 反馈电阻噪声：反馈分压电阻的热噪声，电阻越大噪声越大

本征噪声决定了LDO能达到的最低噪声水平，也就是"底子"好不好。底子差的LDO，外围电路再怎么优化也做不到很低的噪声。

来源二：输入纹波泄露

LDO不是理想的，它对输入纹波的抑制能力是有限的，这个抑制能力就是PSRR（Power Supply Rejection Ratio，电源抑制比）。

PSRR的定义是：输入纹波电压与输出纹波电压的比值，用dB表示。

比如PSRR为60dB，意味着输入上1V的纹波，经过LDO后输出上只有1mV的纹波（60dB = 20log(1000)）。

PSRR是频率的函数，这一点非常重要：

  • DC和低频时PSRR最高，可以到60-80dB甚至更高

  • 随着频率升高，PSRR逐渐下降，因为误差放大器的增益随频率降低

  • 到了环路单位增益带宽以上，PSRR下降很快，基本上由输出电容和寄生参数决定

  • 高频时（几MHz以上），PSRR可能只有20dB甚至更低

所以只看数据手册上给的一个PSRR数值是不够的，必须看PSRR随频率变化的曲线，针对关心的干扰频率看对应的PSRR是多少。

六大噪声优化方法

方法一：选择低噪声LDO

从根源上解决问题。普通LDO的输出噪声通常在几十到上百uVrms（10Hz-100kHz），而低噪声LDO可以做到10uVrms以下，甚至1-2uVrms级别。

选型时看数据手册中的Output Noise参数，以及噪声谱密度曲线。注意不同厂家的测试条件（带宽、输出电压、负载电流）可能不同，要在相同条件下对比。

方法二：NR引脚加滤波电容

很多LDO有一个NR（Noise Reduction）引脚或者SS/TR引脚，这个引脚内部接带隙基准的输出端。在这个引脚上接一个对地电容，可以形成一个RC低通滤波器，大大衰减基准源的噪声。

这是最有效也最常用的降噪手段之一，通常可以把输出噪声降低一半以上。电容越大，降噪效果越好，但启动时间也会越长。常用值在10nF到1uF之间。

方法三：优化输出电容

输出电容对高频噪声和纹波有滤波作用。电容越大，高频阻抗越低，滤波效果越好。但输出电容也影响环路稳定性，需要配合LDO的环路特性来选。

建议用陶瓷电容，ESR低，高频特性好。可以多个不同容值的电容并联（比如10uF + 1uF + 100nF），覆盖更宽的频率范围。

方法四：输入侧前置滤波

如果输入纹波比较大，可以在LDO输入端加LC滤波或者PI型滤波，先把输入纹波降下来，减轻LDO的负担。特别是对于LDO PSRR比较差的高频段，前置滤波效果更明显。

注意LC滤波可能和LDO的输入阻抗相互作用产生谐振，必要时加阻尼电阻。

方法五：增加后级RC滤波

对于对噪声要求特别高的场合（比如ADC参考源、VCO供电），可以在LDO输出后再加一级RC滤波或者LC滤波，进一步降低噪声。

RC滤波简单，但是会有压降，适合小电流负载。LC滤波没有直流压降，但成本和体积大，而且要注意谐振问题。

极端情况可以用两级LDO串联：前一级LDO做预稳压，后一级低噪声LDO做精稳压，总PSRR是两级的乘积。

方法六：优化PCB布局

PCB布局对电源噪声的影响很容易被低估。几个要点：

  • 输入电容和输出电容尽量靠近LDO引脚，缩短走线长度

  • 地平面要完整，减小接地阻抗

  • 功率地和信号地单点连接，避免大电流在地平面上产生的噪声耦合到敏感电路

  • 敏感电路（如ADC、参考源）远离功率电路和开关电源

  • LDO下方不要走高速信号线

PSRR详解：不是一个数字那么简单

很多人对PSRR的理解停留在"一个dB值"上，这是不够的。PSRR的频率特性是理解LDO纹波抑制能力的关键。

低频段（DC到几kHz）：PSRR最高，通常在60-80dB以上。这个频段的纹波抑制主要靠误差放大器的开环增益。LDO的开环增益越大，低频PSRR越高。

中频段（几十kHz到几百kHz）：PSRR开始下降，下降速率通常是-20dB/dec。这是因为误差放大器的增益随频率滚降。这个频段的PSRR曲线和环路增益曲线形状相似。

高频段（1MHz以上）：PSRR降到比较低的水平，可能只有20-30dB甚至更低。这个频段的纹波抑制主要靠输出电容的滤波作用，而不是反馈环路。输出电容越大、ESR越低，高频PSRR越好。

面试时能说出PSRR的频率特性，说明你对LDO的理解比大多数人深。只说一个固定dB值的，一般是新手水平。

面试官可能的追问

追问一：LDO和DC-DC比，哪个噪声更低？为什么？

同功率等级下，LDO的输出噪声和纹波通常比DC-DC低得多。原因有几个：

  • LDO是线性稳压，没有开关动作，所以没有开关纹波和开关噪声

  • LDO的反馈环路带宽通常可以做得比较高，瞬态响应好

  • DC-DC的开关动作会产生开关频率及其谐波的纹波，还有开关节点的振铃和辐射噪声

但这不是绝对的。如果DC-DC做得好，加上良好的输出滤波，纹波也可以做到很小。而且DC-DC的效率远高于LDO，在大电流应用中，LDO的损耗太大，热噪声可能反而更严重。

实际选型时，通常是"DC-DC + LDO"的组合方案：前级用DC-DC做高压差大比例降压，提高效率；后级用LDO做精稳压和低噪声，给敏感电路供电。这样兼顾了效率和噪声。

追问二：怎么测量LDO的输出噪声？要注意什么？

测量LDO输出噪声需要注意几个关键点，否则测不准：

  • 示波器设置：要用交流耦合，去掉直流分量；带宽限制在合适范围（比如20MHz带宽限制），避免测进太多高频噪声；探头要接地，用弹簧接地针或短接地引线，减小天线效应

  • 输入要干净：测量本征噪声时，输入侧要加足够的滤波，确保输入纹波足够小，否则测出来的是输入泄露加本征噪声的混合结果

  • 负载条件：不同负载电流下噪声可能不同，要在标称负载条件下测量

  • 测量仪器底噪：示波器本身有底噪，如果LDO噪声很低（比如几uV），普通示波器可能测不出来，需要用频谱分析仪或专门的噪声分析仪

  • 注意环境噪声：电源插座的工频干扰、空间的辐射干扰都可能耦合进去，测量时要注意屏蔽和接地

追问三：输出电容越大越好吗？对环路稳定性有什么影响？

输出电容不是越大越好。从滤波角度看，电容越大确实滤波效果越好，但从环路稳定性角度看，输出电容太大可能影响稳定性。

LDO的环路稳定性与输出电容的容值和ESR都有关系。很多LDO对输出电容有一个范围要求：太小了相位裕度不够，太大了也可能出问题。

特别是对于有ESR要求的LDO（比如一些老型号需要输出电容有一定的ESR来保证稳定性），如果用了ESR极低的陶瓷电容，反而可能导致环路振荡。

另外，输出电容太大，负载瞬态响应的恢复过程也可能变慢，因为大电容充电需要时间。

正确的做法是：参考数据手册推荐的输出电容范围和类型，选择合适的容值和电容材质，不要盲目加大。

失分表达

扣分回答 1

"噪声大就加大输出电容呗，电容越大滤波越好。"

问题：只知道一个方法，而且对LDO噪声的来源理解片面。面试官可以追问"加了电容还是不行怎么办"。

扣分回答 2

"PSRR是电源抑制比，一般有60多dB吧，挺好的。"

问题：只知道PSRR的定义和一个大概数值，不知道它是频率的函数，也不会看PSRR曲线，理解停留在表面。

扣分回答 3

问题：没有分析能力，靠"换更好的"来解决问题，说明对噪声机理缺乏理解。

准备动作

  • 拿示波器实际测一下常用LDO的输出噪声，对比不同输出电容下的差异

  • 找几款低噪声LDO的数据手册，仔细看它们的噪声参数和PSRR曲线

  • 做一个实验：给NR引脚加不同容值的电容，测输出噪声的变化

  • 整理LDO和DC-DC在噪声、效率、成本等方面的对比

核心关键词

LDO噪声、PSRR、电源抑制比、低噪声LDO、NR引脚、输出电容、带隙基准、噪声谱密度、输入纹波、环路稳定性、RC滤波、PCB布局