為手機設計選擇LDO線性穩壓器

低壓差LDO線性穩壓器用于為典型蜂窩手機的許多部分供電。但是，這些基帶、RF和音頻部分有不同的要求，會影響哪種LDO最合適。在討論具體要求后，建議使用不同的 LDO。此外，還簡要討論了一些LDO設計技術，以演示如何針對特定性能水平優化LDO。

蜂窩電話設計需要具有低壓差、低噪聲、高PSRR、低靜態電流（Iq）和低成本的線性穩壓器。它們需要提供穩定的輸出并使用小值輸出電容器。

理想情況下，一個器件將具有所有這些特性，一個低壓差線性穩壓器（LDO）可以在手機的任何地方使用，而不必擔心。但實際上，各種手機模塊最好由具有不同性能特征的LDO供電。本應用筆記為選擇正確的LDO為每個手機模塊供電提供了指導。

基帶芯片組電源

大多數蜂窩電話基帶芯片組需要三個電路模塊的電源：內部數字電路、模擬電路和外圍接口電路。BB內部數字電路通常工作在1.8V至2.6V。由于大多數手機在Li+電池電壓降至3.2V至3.3V時關閉，因此BB數字LDO通常至少有500mV至600mV的裕量，因此壓差并不重要。輸出噪聲和PSRR不是數字電路的關鍵規格。相反，該電源在輕負載時需要低靜態電流，因為該LDO始終保持導通。圖1顯示了代表性GSM芯片組內核（ADI AD20msp425）的數字電源電流如何隨時間變化。在待機模式下，微處理器僅消耗約200μA電流。由于手機保持待機時間最長，因此使用 2μA 靜態電流 LDO 而不是 100μA LDO 可節省 98μA 電流，并將待機時間延長 300μA /202μA，即 1.485 倍。

圖1.ADI AD20msp425 GSM芯片組內核功耗曲線

BB內部模擬電路的電源電壓典型值為2.4V至3.0V，需要200mV至600mV壓差。此外，BB模擬LDO需要針對低頻（GSM電話為217Hz）紋波抑制進行優化，以抑制RF功率放大器引起的電池電壓紋波。該LDO始終導通，因此也需要低靜態電流。

射頻電源

RF電路分為接收和發送部分。這些電路通常需要2.6V至3.0V電源電壓。LNA（低噪聲放大器）、上/下變頻器、混頻器、PLL、VCO和IF級等RF電路需要低噪聲和高PSRR LDO。特別是，VCO和PLL模塊的整體性能會影響無線電的關鍵規格，例如發射器的頻譜純度、接收器的選擇性、模擬收發器中的噪聲和嗡嗡聲以及數字電路中的相位誤差。噪聲會改變振蕩器的相位和幅度特性，振蕩器的環路電路會放大噪聲。因此，它可以調節載波。LDO輸出噪聲可以通過有效的LDO內部設計和外部旁路和補償來降低。圖2顯示了PMOS線性穩壓器的簡化框圖。

圖2.簡化的PMOS線性穩壓器框圖。

LDO輸出噪聲的主要貢獻因素是基準電壓源。圖3顯示了典型的帶隙參考噪聲頻譜。

圖3.帶隙基準電壓源的典型噪聲頻譜。

為了降低基準電壓源噪聲，需要在基準電壓源輸出端增加一個低通濾波器。這可以在內部或外部完成，但內部旁路可能需要較大的芯片尺寸。專為低噪聲設計的LDO通常會為基準旁路電容提供一個引腳。增加旁路電容值將降低輸出噪聲，直至參考噪聲在整個LDO電路中成為次要噪聲貢獻者。LDO數據手冊中的輸出噪聲與旁路電容特性的關系將提供最佳旁路電容值的信息。圖4所示為MAX8867的輸出噪聲與BP電容的關系。

圖4.輸出噪聲與MAX8867的BP電容的關系

影響LDO輸出噪聲的其他因素包括LDO內部極點、零點和輸出主極點。圖5顯示了除帶隙基準電壓源外的PMOS線性穩壓器的典型噪聲頻譜。通過增加輸出電容的值或降低輸出負載，將降低高頻輸出噪聲。為RF電路選擇LDO時，請仔細比較噪聲規格，以確保旁路電容、輸出電容和負載條件相同。

圖5.PMOS LDO的典型噪聲頻譜，帶隙基準除外。

TCXO 電源

溫度補償晶體振蕩器產生一個參考頻率，用于IF部分。它需要一個帶有開/關控制引腳的超低噪聲LDO。盡管TCXO電路不需要超過5mA的電流，但它使用專用的LDO，并將LDO的輸出與其他噪聲源隔離開來。它還要求在RF功率放大器突發頻率下具有非常高的PSRR。例如，建議 GSM 手機在 65Hz 時最低 217dB PSRR。

室溫電源

RTC LDO為電容型備用紐扣電池或可充電紐扣電池充電，并為實時時鐘提供電流（見圖6）。3V或2.5V電池是手機最常見的。RTC LDO需要非常低的靜態電流，因為即使手機斷電，該LDO也始終處于導通狀態。它還需要具有低漏電流的反向電流保護。

圖6.RTC和可充電紐扣電池。

音頻電源

300mA 至 500mA 高電流 LDO 可能需要滿足最近的音頻需求，例如免提、游戲、MP3 和蜂窩電話中的多媒體應用。此外，該電源要求在音頻范圍（20Hz至20kHz）下具有低噪聲和高PSRR，以提供良好的音頻質量。CDMA RF發射電流峰值約為600mA，但GSM發射突發電流峰值為1.7A。圖7顯示了當RF功率放大器直接從電池供電時，GSM發射突發電流如何在電池上產生噪聲。由于電話中的所有LDO都使用電池電壓作為其輸入電源，因此這種紋波會影響穩壓器的輸出質量。例如，如果LDO在217Hz時的PSRR為40dB，則基于圖4，LDO輸出上的峰峰值噪聲為35.217mV，噪聲為7Hz。麥克風的交流音頻電平約為 10mV 至 20mV，因此此噪聲可能會導致嚴重的咔嗒聲。

圖7.GSM 發射突發波形。

審核編輯：郭婷