LDO穩壓器簡介和關鍵參數

穩壓器簡介

穩壓器分為線性穩壓器和開關穩壓器兩大類：

開關穩壓器較常見的是DC-DC，開關電路的基本工作原理是在每一個開關周期交替的將能量從電源傳遞到電感和/或電容，從而通過準無損儲能元件將輸入能量傳遞到輸出端。一個DC-DC變換器系統通常包括晶體管和/或二極管作為同步或異步開關，電感和/或電容作為能量傳輸元件，一個運算放大器和一個脈寬調制器。

與之相對的是線性穩壓器，也是本文要著重介紹的：

線性穩壓器，又叫串聯穩壓器（指通道元件或者開關器件是串聯在未穩壓的電源和負載之間），通過線性的調整連接在輸入電源和受調制的輸出電壓Vout之間的串聯開關器件的電導，確保輸出電壓為參考電壓Vref的某個預置的比例值。

兩者之間的差異可以參考以下表格：

LDO簡介

LDO(Low Drop-Out Regulator)低壓差線性穩壓器，電路可以分為四個模塊：采樣電阻、誤差放大器、參考電壓源、調整管。

調整管：調整管可以采用NMOS和PMOS兩種器件，其中NMOS由于其較低的導通阻抗最有優勢，但由于驅動比較復雜，需要charger Pump，所以用NMOS做的LDO較少（小電流的LDO，以及市面上類似規格的產品，無一例外都是使用PMOS做的）。

LDO工作區域分為三個部分：off region（關斷區）、dropout region（壓差區）、regulation region（調控區）。

regulation region（調控區）：IC工作在高增益模式下，能夠線性的做出反應以抵消Vout的微小 波動，調整管工作在飽和區（恒流區）。

dropout region（壓差區）：IC工作在低增益模式下，調整管對Vout的變化已經不再敏感，調整管工作在線性區（非飽和區）。

LDO關鍵參數

Dropout voltage 電壓差

Quiescent current or ground current 靜態電流/地電流

Shutdown current 關斷電流

Transient response 瞬態響應

Power supply rejection 電源紋波抑制比

Output noise voltage 輸出噪聲電壓

Inrush current 過沖電流

Auto-discharge 自動放電功能

1. Dropout voltage 電壓差：讓LDO能夠工作在穩壓區（調控區）的VIN和VOUT間的最小壓差。

為了方便原理解釋，我們以NMOS架構的LDO為例，PMOS遵循相同的邏輯。LDO通常在飽和區工作 當負載電流從Id2增加到Id3時，工作點從P0轉變到P2，隨著輸入電壓的降低，穩壓器將工作點推向P1，在P1點，穩壓器將無法保證穩定的輸出，這個LDO開始失去環路控制的臨界點就叫做Dropout voltage。

那么電壓差受哪些參數影響呢？從下表我們可以看出電壓差并不是一個靜態值，雖然這些因素會提高選擇LDO的復雜程度，但可以選擇出最適合的LDO。

2. Quiescent current or ground current靜態電流/地電流：是輸入電流與輸出電流之間的差值。

當LDO完全運行時，可以采取以下公式計算其功耗：

PD= (VIN - VOUT ) x I OUT+(VIN x I Q )

假設需要使用靜態電流為 0.05mA 的LDO，將4.2V電壓降至1.8V，在輕載時輸出電流為100uA，在將值代入上式計算所得的功耗為：

P=(4.2-1.8)x0.0001+(4.2x0.00005)

=0.00024+0.00021=0.45mW

可以看到，在輕載狀態時，靜態電流幾乎貢獻了50%的功耗，所以對于一些智能手表或者健身追蹤器等一些常處于輕載/待機狀態的設備，選用靜態功耗低的LDO對電池的續航有較大的提升。

3. Shutdown current 關斷電流：Shutdown current 即IC關斷后的電流（EN拉低），艾為現有產品的Shutdown current 都在1uA以內，均可滿足客戶應用。

4. Transient response 瞬態響應：負載電流階躍變化時輸出電壓的變化。

原因及解決方案：

因為帶寬的限制，LDO不能及時的對負載突變產生響應，以至于產生瞬態尖峰，為了盡可能改善這一點，避免Vout變化過大， 常常在OUT端放置一個輸出電容Co用來緩存能量：當調整器不能提供給負載足夠電流時，Co提供部分iload電流。當穩壓器提供的電流超過負載需求時，Co也用來吸收調整器的部分電流。

如何改善瞬態響應：

1）增大輸出電容

2）使用低ESR的電容

3）使用更高帶寬的LDO

5. Power supply rejection 電源紋波抑制比：衡量LDO輸出電壓對輸入電壓噪聲的抗干擾能力。也叫電源抑制（Power Supply Rejection ，PSR）。

LDO最受歡迎的優勢之一是，能夠衰減開關模式電源生成的電壓紋波。這對于數據轉換器、鎖相環 (PLL) 和 時鐘等信號調節器件而言尤為重要，因為含有噪聲的電源電壓 會影響這類器件的性能。

定量公式：

從公式可以看出衰減程度越高，以分貝表示的PSRR值將越大。

哪些參數會影響 LDO的PSRR ：

1）負載：相同條件下，通常負載越大，PSRR越低

2）輸出電容COUT：一般情況下，輸出電容越大，高頻PSRR會越高

6. Output noise voltage 輸出噪聲電壓：輸出噪聲電壓是在恒定的輸出電流和無紋波輸入電壓的條件下，給定頻率范圍中的輸出噪聲電壓，這里的噪聲僅指LDO自身產生的噪聲信號。輸出噪聲主要由內部電壓基準和誤差放大器兩部分決定。

噪聲一般有兩種不同方式的展示：

μV/√ Hz 與 頻率的關系圖

在電特性表中提供一個積分噪聲值，單位是μVRMS

在實際應用中，關注該參數的應用主要有射頻、中頻、數字負載、攝像頭模組供電，比如醫療應用，成像造影時底噪過大會影響成像和造影的質量。

7. Inrush current 過沖電流：對LDO來說，inrush電流就是LDO使能后，流入輸入端的瞬時峰值電流。

原因及規避方法：inrush current的主要原因是對輸出電容的充電，規避的方式就是選用帶軟啟動LDO，延長開啟時間，即延長對輸出電容的充電時間，按照電容的充放電公式，可以有效的減小電容充電電流。

8. Auto-discharge 自動放電功能：

Auto-discharge ：EN拉低，LDO Disable時，OUT端會和一個對地的放電電阻導通，快速的泄放輸出電容的能量，讓OUT電壓快速掉至0V，讓之后每次LDO的開啟，都能保證OUT端電壓從0V開始升高的，這樣可以有效防止后級電路不定態導致的一些錯誤及保護后級負載（特別是一些昂貴和敏感的負載，如：圖像傳感器系統）。

艾為LDO產品介紹

為了覆蓋不同的場景、滿足不同的客戶需求，艾為推出了一系列豐富的LDO產品，覆蓋300mA到1300mA輸出電流的應用，且提供多種封裝形式供工程師選擇。

艾為的AW37030和AW37050是300mA/500mA的通用規格系列，具備高PSRR（90db）、低Noise（33uV）及優秀的瞬態響應能力，能夠覆蓋大多數的應用場景。

同時，艾為還推出了inrush電流抑制的AW37334系列，采用了先進的軟啟動技術，在確保輸出電壓快速平穩建立的同時，又能將inrush電流抑制的非常低，在同類型LDO中處于領先水平。

此外，在300mA/500mA電流檔位，艾為還推出了高性能規格：AW37003和AW37005系列，更低的Dropout電壓，更低的靜態功耗，全頻段更高的PSRR，更低的Noise，更優的瞬態響應，EN控制支持1.2V IO，使其能覆蓋更多高要求場景。

在大電流輸出的應用上，艾為也有支持1A輸出能力的AW3707/AW3710系列，具備可調輸出和固定輸出版本，其特殊考慮的封裝讓芯片在散熱上具有明顯的優勢。

應用于穿戴產品的LDO需要更小的功耗，主打超低功耗的AW37103系列是您的不二選擇，超低的靜態功耗（2uA）兼備了固定輸出電壓版本（0.8V-3.3V）和可調輸出版本，也讓選擇更加多元。

針對手機平板市場，艾為推出了四通道的AW37004DNR，擁有比友商更大的DVDD電流及更優的PSRR。相對于分立的LDO解決方案，該集成方案可使PCB布板面積縮小25%+，物料數量減少一半，并且可使成本降低25%+。是手機平板產品攝像頭模組供電的高性價比解決方案。

覆蓋多場景、多應用的艾為產品滿足了許多客戶的應用需求，目前艾為也在積極開發新的產品，以期覆蓋更豐富的應用。未來，艾為也會持續推出更加優質的艾為芯，為市場注入“芯”活力，請大家拭目以待。

The End

LDO穩壓器是一種重要的電源管理器件，可以將高壓輸出電源轉換為穩定的低壓輸出電源，它具有低壓差、噪聲低、穩定性好、紋波小等優點，廣泛應用于各種電子設備中，希望本文的內容可以對您根據自己的需求在選擇合適的LDO時提供一些有效建議。

審核編輯：湯梓紅