穩(wěn)壓器簡介

穩(wěn)壓器分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器兩大類：

開關(guān)穩(wěn)壓器較常見的是DC-DC，開關(guān)電路的基本工作原理是在每一個(gè)開關(guān)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(zhǔn)無損儲能元件將輸入能量傳遞到輸出端。一個(gè)DC-DC變換器系統(tǒng)通常包括晶體管和/或二極管作為同步或異步開關(guān)，電感和/或電容作為能量傳輸元件，一個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)脈寬調(diào)制器。

與之相對的是線性穩(wěn)壓器，也是本文要著重介紹的：

線性穩(wěn)壓器，又叫串聯(lián)穩(wěn)壓器（指通道元件或者開關(guān)器件是串聯(lián)在未穩(wěn)壓的電源和負(fù)載之間），通過線性的調(diào)整連接在輸入電源和受調(diào)制的輸出電壓Vout之間的串聯(lián)開關(guān)器件的電導(dǎo)，確保輸出電壓為參考電壓Vref的某個(gè)預(yù)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(wěn)壓器，電路可以分為四個(gè)模塊：采樣電阻、誤差放大器、參考電壓源、調(diào)整管。

調(diào)整管：調(diào)整管可以采用NMOS和PMOS兩種器件，其中NMOS由于其較低的導(dǎo)通阻抗最有優(yōu)勢，但由于驅(qū)動比較復(fù)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(guī)格的產(chǎn)品，無一例外都是使用PMOS做的）。

LDO工作區(qū)域分為三個(gè)部分：off region（關(guān)斷區(qū)）、dropout region（壓差區(qū)）、regulation region（調(diào)控區(qū)）。

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

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

LDO關(guān)鍵參數(shù)

Dropout voltage 電壓差

Quiescent current or ground current 靜態(tài)電流/地電流

Shutdown current 關(guān)斷電流

Transient response 瞬態(tài)響應(yīng)

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(wěn)壓區(qū)（調(diào)控區(qū)）的VIN和VOUT間的最小壓差。

為了方便原理解釋，我們以NMOS架構(gòu)的LDO為例，PMOS遵循相同的邏輯。LDO通常在飽和區(qū)工作 當(dāng)負(fù)載電流從Id2增加到Id3時(shí)，工作點(diǎn)從P0轉(zhuǎn)變到P2，隨著輸入電壓的降低，穩(wěn)壓器將工作點(diǎn)推向P1，在P1點(diǎn)，穩(wěn)壓器將無法保證穩(wěn)定的輸出，這個(gè)LDO開始失去環(huán)路控制的臨界點(diǎn)就叫做Dropout voltage。

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

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

當(dāng)LDO完全運(yùn)行時(shí)，可以采取以下公式計(jì)算其功耗：

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

假設(shè)需要使用靜態(tài)電流為 0.05mA 的LDO，將4.2V電壓降至1.8V，在輕載時(shí)輸出電流為100uA，在將值代入上式計(jì)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(tài)時(shí)，靜態(tài)電流幾乎貢獻(xiàn)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(jī)狀態(tài)的設(shè)備，選用靜態(tài)功耗低的LDO對電池的續(xù)航有較大的提升。

3. Shutdown current 關(guān)斷電流：Shutdown current 即IC關(guān)斷后的電流（EN拉低），艾為現(xiàn)有產(chǎn)品的Shutdown current 都在1uA以內(nèi)，均可滿足客戶應(yīng)用。

4. Transient response 瞬態(tài)響應(yīng)：負(fù)載電流階躍變化時(shí)輸出電壓的變化。

原因及解決方案：

因?yàn)閹挼南拗疲琇DO不能及時(shí)的對負(fù)載突變產(chǎn)生響應(yīng)，以至于產(chǎn)生瞬態(tài)尖峰，為了盡可能改善這一點(diǎn)，避免Vout變化過大， 常常在OUT端放置一個(gè)輸出電容Co用來緩存能量：當(dāng)調(diào)整器不能提供給負(fù)載足夠電流時(shí)，Co提供部分iload電流。當(dāng)穩(wěn)壓器提供的電流超過負(fù)載需求時(shí)，Co也用來吸收調(diào)整器的部分電流。

如何改善瞬態(tài)響應(yīng)：

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(yōu)勢之一是，能夠衰減開關(guān)模式電源生成的電壓紋波。這對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、鎖相環(huán) (PLL) 和 時(shí)鐘等信號調(diào)節(jié)器件而言尤為重要，因?yàn)楹性肼暤碾娫措妷?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(shù)會影響 LDO的PSRR ：

1）負(fù)載：相同條件下，通常負(fù)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(chǎn)生的噪聲信號。輸出噪聲主要由內(nèi)部電壓基準(zhǔn)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(guān)系圖

在電特性表中提供一個(gè)積分噪聲值，單位是μVRMS

在實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)注該參數(shù)的應(yīng)用主要有射頻、中頻、數(shù)字負(fù)載、攝像頭模組供電，比如醫(yī)療應(yīng)用，成像造影時(shí)底噪過大會影響成像和造影的質(zhì)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(shí)峰值電流。

原因及規(guī)避方法：inrush current的主要原因是對輸出電容的充電，規(guī)避的方式就是選用帶軟啟動LDO，延長開啟時(shí)間，即延長對輸出電容的充電時(shí)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(shí)，OUT端會和一個(gè)對地的放電電阻導(dǎo)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(tài)導(dǎo)致的一些錯(cuò)誤及保護(hù)后級負(fù)載（特別是一些昂貴和敏感的負(fù)載，如：圖像傳感器系統(tǒng)）。

艾為LDO產(chǎn)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(chǎn)品，覆蓋300mA到1300mA輸出電流的應(yīng)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(guī)格系列，具備高PSRR（90db）、低Noise（33uV）及優(yōu)秀的瞬態(tài)響應(yīng)能力，能夠覆蓋大多數(shù)的應(yīng)用場景。

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

此外，在300mA/500mA電流檔位，艾為還推出了高性能規(guī)格：AW37003和AW37005系列，更低的Dropout電壓，更低的靜態(tài)功耗，全頻段更高的PSRR，更低的Noise，更優(yōu)的瞬態(tài)響應(yīng)，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(yīng)用上，艾為也有支持1A輸出能力的AW3707/AW3710系列，具備可調(diào)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(yōu)勢。

應(yīng)用于穿戴產(chǎn)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(tài)功耗（2uA）兼?zhèn)淞斯潭ㄝ敵鲭妷喊姹荆?.8V-3.3V）和可調(diào)輸出版本，也讓選擇更加多元。

針對手機(jī)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(yōu)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(shù)量減少一半，并且可使成本降低25%+。是手機(jī)平板產(chǎn)品攝像頭模組供電的高性價(jià)比解決方案。

覆蓋多場景、多應(yīng)用的艾為產(chǎn)品滿足了許多客戶的應(yīng)用需求，目前艾為也在積極開發(fā)新的產(chǎn)品，以期覆蓋更豐富的應(yīng)用。未來，艾為也會持續(xù)推出更加優(yōu)質(zhì)的艾為芯，為市場注入“芯”活力，請大家拭目以待。

The End

LDO穩(wěn)壓器是一種重要的電源管理器件，可以將高壓輸出電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的低壓輸出電源，它具有低壓差、噪聲低、穩(wěn)定性好、紋波小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，希望本文的內(nèi)容可以對您根據(jù)自己的需求在選擇合適的LDO時(shí)提供一些有效建議。

審核編輯：湯梓紅