在電子設(shè)計中，我們經(jīng)常需要用到不同的直流電壓給不同器件供電，其中廣泛常見的就是通過LDO穩(wěn)壓芯片來實現(xiàn)得到不同的直流電壓輸出，因為成本低、性能好，且使用起來也很簡單，讓低壓差線性穩(wěn)壓器（下文簡稱LDO）用的也越來越多，幾乎每款電子產(chǎn)品里都有其身影。

說它好用，是因為在普通設(shè)計里，只需要加入合適的輸入電壓，和幾個濾波電容即可得到想要的輸出電壓，非常簡單，然而也正因為這看似簡單的用法也要工程師熟悉LDO的主要參數(shù)結(jié)合自己的具體設(shè)計。LDO是靠自身的反饋環(huán)路控制主功率管，與負載分壓，保持輸出端電壓的穩(wěn)定。不同于 DC-DC，LDO 的輸入電流，輸出電流，和負載電流相等，屬于串聯(lián)關(guān)系，因此 LDO 本身就是靠消耗一部分功率來維持輸出端的穩(wěn)定。

LDO 的主要參數(shù)

1、輸入電壓范圍

------考慮系統(tǒng)提供給 LDO 輸入的范圍，不能超過 LDO 最大可以承受的電壓，同時系統(tǒng)最低電壓時應(yīng)能保證 LDO 可以正常工作。

2、輸出電壓范圍

------考慮需要的輸出電壓，ADJ 的外部多兩個電阻，固定電壓輸出的會降低整體靜態(tài)功耗。

3、輸出電流（與內(nèi)部限流值相關(guān)）

------考慮需要的輸出電流，最好預(yù)留 1.5 倍的余量，因為系統(tǒng)中的耗電不是平穩(wěn)的，需要知道輸出電流的峰值，輸出電流的大小會直接影響到 LDO 的封裝的選擇。LDO 規(guī)格書一般標稱的輸出電流，是指其內(nèi)部功率管的最小限流值，并不能認為任何輸入輸出電壓下，都可以有輸出同樣電流的能力，因為 LDO 內(nèi)部一般有過熱保護，輸出電流受到 LDO 熱保護的約束。

潤石高精度LDO RS3236

4、最小壓差（與輸出電流值相關(guān)）

------因為 LDO 之所以能夠穩(wěn)壓，是靠內(nèi)部的主功率管與負載分壓的，老式的 LDO 主功率管是三極管工藝的，最小壓差大約為 1.5V，也就是說輸入電壓減去輸出電壓小于 1.5V 時，輸出電壓是無法維持穩(wěn)壓的。現(xiàn)在的的 LDO 一般采用 CMOS 工藝，最小壓差大大降低，通常為數(shù)百毫伏，不過仍然需要注意，最小壓差跟此刻輸出的電流是息息相關(guān)的，因為主功率管有導(dǎo)通電阻，電流流過后會產(chǎn)生壓降，最小壓降與主功率管的面積是相關(guān)的，也決定了 LDO 的成本。一種有效表示最小壓差的方法是，在滿載時最小壓差是多少，然后歸一化為 XmV/mA。

5、輸出電壓精度

------通常以百分比的形式給出輸出電壓精度，給數(shù)字芯片或者普通的模擬電路供電，3% 以內(nèi)的精度足矣。做 ADC 的參考源時，需要采用1%精度。需要注意，采用固定電壓輸出的 LDO，其輸出電壓精度較為準確，而 ADJ 版本的 LDO，外部的反饋電阻會直接影響輸出電壓精度，高要求時需要外部的反饋電阻為 1% 甚至 0.1% 精度的。

6、靜態(tài)電流

------靜態(tài)電流是指 LDO 負載不吸取電流時，也就是單從 LDO 的 GND 引腳流走的電流大小。一般小于 50uA 為低功耗 LDO，小于 5uA為超低功耗 LDO。靜態(tài)電流會影響 LDO 的噪聲，瞬態(tài)響應(yīng)等關(guān)鍵參數(shù)。越低功耗的 LDO，其噪聲越大，PSRR、瞬態(tài)響應(yīng)越差。

早期采用三極管工藝做的 78XX 和 1117 系列 LDO，靜態(tài)電流會隨著輸出電流的增大而明顯增大，因為三極管本身屬于一個流控器件。現(xiàn)在采用的 CMOS 工藝，主功率管是 PMOS，屬于壓控器件，輸出電流增大并不會導(dǎo)致主功率管控制端電流的增大。不過 LDO 內(nèi)部的許多恒流源，誤差放大器帶寬的切換，還有一些保護電路，會隨著輸入電壓的高低，吸取的電流會變化，導(dǎo)致 LDO 的靜態(tài)電流會隨著輸出電流或者輸入電壓而發(fā)生變化。

上圖是潤石RS3236 的靜態(tài)電流，可以看到隨著輸出電流從0mA增加到100mA過程中，靜態(tài)電流在增加，此時誤差放大器的帶寬也在增加。

上圖是潤石 RS3002 的靜態(tài)電流，可以看到隨著輸出電流從0mA增加到150mA過程中，靜態(tài)電流僅輕微增加，因為RS3002 是超低功耗LDO，誤差放大器的帶寬不能設(shè)計的很寬。

7、PSRR （電源抑制比）

------電源抑制比是指 LDO 輸入端有交流紋波干擾時，經(jīng)過 LDO 后，輸出端還殘存多少，一般用 dB 值來表示。電源抑制比是頻率的函數(shù)，也就是輸入干擾頻率越高，電源抑制比越低，其一般跟 LDO 內(nèi)部的誤差放大器的開環(huán)增益，帶寬有很大關(guān)系。在高清攝像頭模組，高清晰音頻，微弱信號檢測等應(yīng)用，對電源抑制比的參數(shù)比較關(guān)注。

LDO 的 PSRR 曲線可以分為三段，低頻段主要受內(nèi)部基準電壓源的影響，中頻段主要受內(nèi)部誤差放大器的開環(huán)增益曲線影響，在高頻段，PSRR 基本上與 LDO 內(nèi)部主要的器件無關(guān)了，主要是輸出濾波電容，輸出端的引線電感，還有 LDO 內(nèi)部的等效輸出阻抗在相互作用而表現(xiàn)出具有某個頻率點諧振的狀態(tài)。輸出電流越大，LDO 的 PSRR 越差。

潤石RS3005 實測的PSRR 曲線-63dB@1kHz

8、積分噪聲（10Hz-100kHz）

------與運放一樣，LDO 內(nèi)部存在 1/f 噪聲和白噪聲，由于 LDO 內(nèi)部誤差放大器的帶寬通常小于 100kHz，因此業(yè)內(nèi)對 LDO 的噪聲描述都是從 10Hz-100kHz 的頻率。靜態(tài)電流越大，LDO 的噪聲越低，LDO 的噪聲主要由兩部分構(gòu)成，內(nèi)部的基準源和誤差放大器。

所以很多低噪聲的 LDO，第 4 pin 接一個電容，用于降低內(nèi)部基準源的噪聲。一般來說，LDO 空載時，內(nèi)部誤差放大器的帶寬很小，此時輸出噪聲較低。有負載接入時，隨著負載電流的增大，內(nèi)部誤差放大器的帶寬會增大，輸出噪聲會增大許多。

潤石高精度LDO RS3236 電路

第 4 pin BP 引腳無對地濾波電容

第 4 pin BP 引腳有 10nF 對地濾波電容

9、瞬態(tài)響應(yīng)

------瞬態(tài)響應(yīng)是指負載從一個電流跳到另一個電流時，LDO 輸出電壓瞬間變化的幅度，因為 LDO 內(nèi)部本質(zhì)上是一個負反饋系統(tǒng)，對于輸出的突然擾動，必然存在一個響應(yīng)的時間，LDO 的靜態(tài)電流越大，內(nèi)部負反饋的環(huán)路帶寬可以做的寬一點，則瞬態(tài)響應(yīng)就會更好，輸出電壓的波動更小，因為可以更快的響應(yīng)輸出的變化。

加大輸出濾波電容會改善 LDO 的瞬態(tài)響應(yīng)，因為更大的輸出電容可以瞬間提供充足的電荷給負載吸取，輸出電壓因此跌落更少。對于負載電流快速變化的負載來說，LDO 的瞬態(tài)響應(yīng)是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，許多 CPU 的核電壓，音視頻編解碼芯片，都屬于負載電流快速變化的負載，對紋波又要求苛刻，因此需要超快響應(yīng)速度的 LDO。

超快瞬態(tài)響應(yīng) LDO，輸出電流以 25kHz 頻率從 50mA 跳到 150mA，輸出電壓波動不超過 10mV

RS3005 實測瞬態(tài)響應(yīng)，從 10mA 跳到 50mA，頻率 1kHz，輸出電壓波動 17mV

LDO 的結(jié)構(gòu)

LDO的結(jié)構(gòu)主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元件、基準源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護電路等。基本工作原理是這樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當輸出即將達到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準電壓之間的誤差小信號進行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：

Vout=(R1+R2)/R2 ×Vref