LDO基础知识

L D O是什么?L D O与D C D C的区别与选择

L DO是l ow d rop out r egu lat or，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求

输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转 3.3v,输入与输出的压差只有 1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LD O类的电源转换芯片。

L DO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV 左右；与之相比，使用N PN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V 左右。负输出LD O 使用NP N 作为它的传递设备，其运行模式与正输出LDO 的PN P设备类似。更新的发展使用C MO S 功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。使用C MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的ON 电阻造成的。如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。

D CDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DC DC转换器，包括LD O。但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫D CDC。

L DO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LD O）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。新的LD O线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSR R为60dB，静态电流6μA，电压降只有100mV。LD O 线性稳压器的性能之所以能够达到这个水平，主要原因在于其中的调整管是用P沟道MOS FET，而普通的线性稳压器是使用PNP晶体管。P沟道M OSF ET 是电压驱动的，不需要电流，所以大大降低了器件本身消耗的电流；另一方面，采用PN P晶体管的电路中，为了防止P NP晶体管进入饱和状态而降低输出能力，输入和输出之间的电压降不可以太低；而P沟道M OSF ET上

的电压降大致等于输出电流与导通电阻的乘积。由于M OS FET的导通电阻

很小，因而它上面的电压降非常低。

如果输入电压和输出电压很接近，最好是选用L DO稳压器，可达到很高的效率。所以，在把锂离子电池电压转换为3V输出电压的应用中大多

选用LD O稳压器。虽说电池的能量最後有百分之十是没有使用，LD O稳压器仍然能够保证电池的工作时间较长，同时噪音较低。如果输入电压和输出电压不是很接近，就要考虑用开关型的DCD C了，应为从上面的原理可

以知道，LD O的输入电流基本上是等于输出电流的，如果压降太大，耗在L DO上能量太大，效率不高。

D C-D C转换器包括升压、降压、升/降压和反相等电路。DC-DC转换器的优点是效率高、可以输出大电流、静态电流小。随著集成度的提高，许多新型D C-DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器。但是，这类电源控制器的输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。

近几年来，随著半导体技术的发展，表面贴装的电感器、电容器、以及高集成度的电源控制芯片的成本不断降低，体积越来越小。由于出现了导通电阻很小的MOSF ET可以输出很大功率，因而不需要外部的大功率FE T。例如对于3V的输入电压，利用芯片上的NF ET可以得到5V/2A的输出。其次，对于中小功率的应用，可以使用成本低小型封装。另外，如果开关频率提高到1MHz，还能够降低成本、可以使用尺寸较小的电感器和电容器。有些新器件还增加许多新功能，如软启动、限流、PFM或者PW M方式选择等。

总的来说，升压是一定要选D CDC的，降压，是选择DCD C还是LDO，要在成本，效率，噪声和性能上比较。

L D O应用电路设计应考虑的几个因素

1、选择LD O的基本要素

包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。此外，地脚电流Ign d 或静态电流Iq、电源波纹抑制比PSR R、噪声及封装等也是L DO 选择时的应关注的因素。

2、输入输出电压差

输入输出电压的差值是L DO 最重要的参数之一。在保证输出电压稳定的前提下，该电压差越低，稳压器的性能越好，效率越高。反之，当确定LD O 能够提供预期输出电压时，需要进一步考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即

Vin > Vou t + Vd rop out。

如果V in 降低至必需的电压以下，则我们说LD O 出现“压降”，输出等于输入减去旁路元件的R DS(on) 乘以负载电流。L DO 的最大优点就是：满载的跌落压降一般小于500mV。轻载时的压降只有10到20mV。

3、静态电流

LDO自身存在的静态电流，不容忽视。例如，电池供电时，为最大化电池的运行时间，应选择相对于负载电流来说，Iq 极低的LD O。假设，L DO供电时，Iq 只增加0.02%的微不足道的电池消耗，那么在100mA 负载情况下，采用200μA 的Iq 就比较合理。

4、外围的电容器

典型的LD O 应用时，需要添加额外的输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的L DO，可以降低尺寸与成本，另外某些情形甚至可省略这些电容。一般地做法是，选用较低串联等效阻抗ESR的电容器可提高P SRR、降低噪声以及保持对负载变化的快速瞬态响应能力，而不仅仅是提高电容容量的问题。从这方面讲，可节约一定的成本。

5、低功耗设计中的问题

由于电池的放电特性的差异性，某些情况下，压降对电池寿命将产生决定性影响。例如，碱性电池放电速度就比较慢些，其电源电压在压降情况下可以提供比N iM H 电池更多的容量。因此，较低的Iq 并不能始终保证长电池寿命。哈哈，这点似乎与上面的第3点互相矛盾!你必须在Iq 和压降之间仔细权衡，以便在电池寿命期间获得最大的容量，这才是最重要的。

L D O电源模块的分析应用

ADI公司推出的非常优秀好用的L DO稳压芯片，例如适合在数字领域的AD P170和AD P1706以及在模拟射频领域的A DP121和ADP130这几款片

子便成为我们设计电源管理系统的重要选择。LD O由参考电压(ba nd

r efe nce)，误差放大器，反馈电阻分压网络，以及传输晶体管(pas s

t ran sis tor)这几大部分构成。具体结构框图如下图1所以。

图一采用低压差技术稳定输出电压的L D O框图

输出电流I(L) 的大小由负载决定但通过传输晶体管(p ass

t ran sis tor)提供。传输晶体管的栅极(我们这里假定是P MO S管距离)电压大小由误差放大器(即er ror a mpl ifi er)的输出控制。来自电阻分压网络的反馈电压与由带隙基准参考源产生的标准参考电压作比较进而产生误

差放大器的输入信号。如果分压网络的反馈电压大于参考源电压，由于这里的反馈电压接在放大器的反相端，那么此时的误差放大器输出则为一个负值，从而使得传输晶体管控制电压减小，用以调控更小的输出电流通过电阻分压器降低反馈电压，这个一个反馈环路的形成最终在误差放大器的输入端让反馈电压和参考源电压相等，将输出电压稳定在一个固定值。

从电源管理系统的角度看负载，负载大小不一，相位不同。与此同时，这样的负载确是时变的，为了达到整个系统的低碳节能，智能化的动态的“使能”负载是一种重要的手段。一个庞大的系统特别是便携式设备中(如图2所示)，在同一时刻或者同一段时间内，并不是每一部分的电路都满负荷工作。因此，通过对各种不同负载在不能时间戳内的顺序“使能”是必要的，毕竟电池的能量是有限的。

图2便携式系统中的电源管理模块

若是给一个数字系统(例如微处理器或者D SP)供给电能，这样的电源负载具有非常重要的一种特性即必须适应其快速变化的瞬时电流。我们大家都知道，无论是MC U还是DSP，并不是一直出于工作状态的。有时使能，进行全负荷的工作，有时即使被使能，也只是一部分电路处于工作状态，而剩余部分则为了节省能量休眠。针对为其供给能量的电源芯片来说，每一次的状态切换负载呈现出的阻抗无论是在虚部还是实部都有比较明显

的不同，同时每一种状态之间的变化在时间上来说是非常迅速的，这种特性造就了负载的电流跳变是非常快的，提高了电源芯片对负载变化的瞬态响应要求。像ADP170和AD P1706这类数字线性稳压器设计用于支持系统

的主要数字要求，通常是微处理器内核和系统输入/输出(I/O)电路。

如何能够抗击噪声的干扰同时具有对较高电源纹波抑制一直是模拟系统设计需要注意的地方，对于电源管理系统来说，也不例外。大家都知道，公共电网里面的是很“脏”的，里面包含有非常多的噪声，何如能够有效的抑制来自上游电源杂波干扰，是一个电源管理系统(PMS)所要考虑的重

要方面。同时自身不应该增添过多的噪声，从而对下游的供给负载造成不必要的影响。模拟稳压器噪声用电压有效值(rms)来衡量，当用于敏感电

路时，应低于35 mV。PS RR反映LD O抑制电源线上的上游噪声的能力，应高于60 dB。超低噪声LD O A DP150具有9 mV的输出噪声和70 d B的PS RR，是为敏感模拟电路供电的理想电源器件。增加外部滤波器或旁路电容也可以减小噪声，但会增加成本和PC B尺寸。仔细和灵活的L DO内部设计也有助于降噪和电源噪声抑制。

如何选择低压差线性稳压器(L D O)

接地电流或静态电流（IGN D 或I Q 输入、输出以及降低电压）、电源波纹抑止比(PSR R)、噪

声与封装大小通常是为便携式应用决定最佳L DO选择的要素。在选择低压降线性调节器(LD O) 时，需要考虑的基本问题包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。但是，便携式应用需要考虑更多问题。

选择输入电压范围可以适应电源的L DO。下表列出了便携式设备所采用的、流行的电池化学物质的电压范围。

在确定L DO 是否能够提供预期输出电压时，需要考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即V IN > V OUT + VDR OPO UT。如果VIN降低至必需的电压以下，则我们说L DO 出现"压降"，输出等于输入减去旁路元件(pas s e lem ent) 的R DS(on) 乘以负载电流。

需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于"待发状态"(c ock ed)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，PS RR 在压降时也会显著降低。

选用可提供预期输出电压的L OD 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调L DO 可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为 1.2V 左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。

负载电流要求

通考虑负载需要的电流量并据此选择 L DO 。请注意：额定电流为比如 150m A 的 L DO 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。

电池电压 电池的化学成分

电压范围 锂离子/锂聚合物

2.7～4.2V （额定

3.6V ） NiMH/NiCd

0.9～1.5V （额定1.2V ） AA/AAA

0.9～1.5V （额定1.5V ）

封装与功耗

便携式应用本质存在空间限制，因此解决方案的大小至关重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封装的诸多优势，如：保护、行业标准以及能够被现有装配架构轻松采用等特性。芯片级封装 (CSP ) 能在提供裸片的尺寸优势的同时还可以带来封装的许多优势。

在无线手持终端市场需求的推动下，CS P 产品正不断推陈出新。例如，采用0.84 x 1.348-m m C SP 的德州仪器 (TI) 200mA RF LD O（参见图1）预计将于9月份上市，其采用可实现轻松装配以及高板级可靠性的技术。 其他小型封装包括流行的3x3mm SOT -23、小型 2.13x 2.3mm SC-70以及亚1毫米高度封装 (su b-1-mm -he igh t p ack age )、Thi nSO T 及无引线四方扁平封装 (QF N)。由于在下侧采用了能够在器件与P C 板之间建立高效散热接触的散热垫，Q FN 因而可提供更好的散热特性。

请注意不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用P D I S S I P A T I O N = (V I N -V O U T )/(I O U T + I Q L DO 拓扑与I ) 进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是QFN 封装可以提供极佳的散热性能，这种性能完全可与尺寸是其 1.5～2倍的众多封装相媲美。

为了最大化电池的运行时间，需要选择相对于负载电流来说静态电流I Q

Q 较低的LD O 。例如，考虑到I Q 只增加0.02％的微不足道的电池消耗，在100m A负载情况下，一般采用200μA 的I Q 比较合理。

另外，还需要注意的是，由于电池放电特性，某些情况下压降会对电池寿命产生决定性影响。由于碱性电池放电速度较慢，其电源电压在压降情况下可以提供比NiM H电池更多的容量。必须在I Q和压降之间仔细权衡，以

便在电池寿命期间获得最大的容量，因此，较低的I Q 需要注意I 并不能始终保证长电

池寿命。

Q在双极拓扑中的表现。I Q 另外，需要注意在数据表中对I 不但随负载电流变化很大，而

且在压降情况下会有所增加。

Q是如何规定的。某些器件是在室温条件

下规定的，或者只提供显示I Q与温度关系的典型曲线。尽管这些情况有用，但是并不能保证最大的静态电流。如果I Q比较重要，则需要选择在所有

负载、温度和工艺变量情况下都能保证I Q 输出电容器的器件，并且需要选择MO S类旁

路器件。

典型LD O应用需要增加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的L DO，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注意，利用较低ES R的大电容器一般可以全面提高PS RR、噪声以及瞬态性能。

陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。请注意，输出电容器的等效串联电阻(ESR) 会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的ES R，大概为10豪欧量级，而钽电容器E SR在100豪欧量级。另外，许多钽电容器的

E SR随温度变化很大，会对L DO性能产生不利影响。如果温度变化不大，而且电容器和接地之间串联适当的电阻（一般200m），可以取代陶瓷电容器而使用钽电容器。需要咨询LD O厂商以确保正确的实施。

R F与音频应用

最后，考虑便携式应用中所采用的、专用电路的功率要求。

R F电路（包括LNA（低噪声放大器）、升压/降压转换器、混频器、PL L、V CO、IF放大器和功率放大器），需要采用具有低噪声和高PSR R的LD O。在设计现代收发系统时应非常小心，以保证低噪声和高线性。

电源噪声会增加V CO的相位噪声，而且会进入接收或发送放大器。在W-CD MA等流行手机技术对频谱再生和邻道功率提出严格要求的情况下，进入放大器的基/栅或收集器/漏极电源的极少量电源噪声就会产生邻道噪

声或假信号。

为了满足手机、MP3、游戏以及多媒体P DA应用等便携式设备中的音频需求，可能需要300～500m A的LD O。而且，为了获得良好的音频质量，这种LD O在音频频率（20Hz~20k Hz）时应该是低噪声并可提供高PSR R。

LDO与PWM设计资料整理

1.定义： LDO：LOW DROPOUT VOLTAGE，低压差线性稳压器，仅能在降压中应用。输出电压必需小于输入电压。 PWM：脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。 2.LDO与DC/DC优缺点 LDO: 优点：稳定性好，负载响应快。输出纹波小。 缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大。负载不能太大，目前最大的LDO为5A（但要保证5A的输出还有很多的限制条件）。 PWM开关电源: 优点：输入电压范围较宽, 高效率，高输出电流，低静态电流。 缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大,成本相对较高。 3.工作原理 LDO:右图为串联线性电源的主要组成部分,其电压调整单元采 用有源器件并串联在输入电源和负载之间,负反馈环路决定调整 单元的导通程度,以维持输出电压稳定。 负反馈环路的核心是一个高增益的运算放大器,称作电压误差放 大器,用它来对输出电压和稳定的基准电压之间作比较,当有误 差存在时,电压误差放大器的增益将误差电压放大很多倍,放大后的误差电压直接控制串联调整单元的导通电阻,从而维持额定的输出电压。电压误差放大器对输出变化的响应速度和输出电压的控制精度取决于误差放大器的反馈环补偿设计。负反馈补偿的大小由分压电阻和接到电压误差放大器负输入端与输出端之间的电阻大小决定。 DC/DC开关电源：开关电源采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通 断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。如右图所示,其中DC/DC变 换器进行功率变换,是开关电源的核心部分,反馈回路检测其输出电压,并与 基准电压比较,其误差电压通过误差放大器放大及控制脉宽调制电路,再经 过驱动电路控制半导体开关的通断时间比,从而调整输出电压的大小。 PWM：脉宽调制(PWM)变换器就是重复通断开关,把直流电压变换为高频方波 电压,再经整流平滑变为直流电压输出,PWM变换器由半导体开关、整流二极管、 平滑滤波电抗器与电容器等基本元器件所组成输入输出间需要进行电气隔离 时,可以采用变压器,把高频方波电压通过变压器传送到输出端。 基本的Boost变换器电路结构:相对Buck变换器,仅L、SW、D的位置 做了变换。 （1）开关导通时,电流环仅包括电感、开关管和输入电压源。二极管 是反向阻断的。电感电流以固定斜率线性上升。能量存储在电感铁心 的磁通中。 （2）开关断开时,由于电感中电流不能突变，于是二极管立刻导通。 电感与开关相连端的电压被输出电压钳位（反激电压），其幅值是输出 电压加上二极管的正向导通压降。 基本的Buck变换器电路结构:其特点是功率管之后紧跟LC滤波器,LC滤波器的输入是经过斩波后的电压,LC滤波器的作用为平均占空比调制的脉冲电压。 （1）.开关导通时,输入电压加在LC滤波器的输入端，电感上的电流 以固定斜率线性上升。输入的能量就存储在电感铁心材料的磁通中。 （2）.开关断开时,由于电感上的电流不能突变，电感电流就通过二极 管D续流（续流二极管），实现对原先流过开关管电流的续流，同时电 感中存储的一部分能量向负载释放。续流电流环包括：二极管、电感、 负载。电流波形是一条斜率为负的斜线。当开关再次导通时，二极管迅 速判断，电流从输入电源和开关管流过。

设计LDO需要考虑的7个因素

设计LDO需要考虑的7个因素 统的稳压器显然是不适合市场，因为对于一些特定的应用，输入和输出的压差过低就无法使用，这时 LDO类的电源转换芯片才诞生了，帮助我们很好的解决了这个问题。不过在此提醒大家在设计LDO时主要应考虑以下问题。 1、压差（Uin-Uout） 压差是LDO的重要参数，它表示输入与输出之间的电位差，LDO的压差越小越好。但是当输入电压不能满足“ 压差”的要求时，LDO就无法正常工作。此时误差放大器会进入完全导通状态，使环路的增益变为零，对负载的稳压能力会变得很差，电源抑制比也大幅度降低。 需要注意以下几点： :在LDO的参数表中可以有多个甚至多组压差数据，例如在轻载、中等负载、满载条件下压差的 值、典型值和 值。其中，典型值仅供设计时参考。 有实际意义的应是满载条件下压差的 值，该参数值是在 不利的情况下测得的。设计时应以此为依据，以便留出足够的余量，确保LDO在 坏的情况下也能正常工作。 第二:为可靠起见，有时可按Uin=Uout+△U+lV的关系式来选择 输入电压值。功率按1.5倍以上选择有点浪费（但加上20%-30%的余量一点不为过）。一般LDO的自损功耗为Pd_max=（Uin-Uout） *Iout。 第三:输入一输出压差并非固定值，它随输出电流的增加而增大，随温度升高而增加。 2、 输出电流 输出电流是LDO的一个基本参数。通常，输出电流越大，LDO的价格越高。LDO必须能在 不利的工作条件下给负载提供足够的电流。 3、输入电压 要求输入电压必须大于额定输出电压与输入一输出压差之和，即Uin>Uout+△U。否则LDO将失去稳压功能，输出电压会随输入电压

ldo的设计

第1章绪论 1.1低压差稳压电源在现实生活中的应用 低压差稳压器(LDO)能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压，而且输入和输出电压之差可以很小。这个电压差被称为压降或裕量要求，在负载电流为2A时可以低至80mV。现在，便携设备需要使用的低压差线性稳压器经常多达20个。最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功能电源管理芯片2(PMIC)——这是高度集成的系统，拥有20个或以上的电源域，分别用于音频、电池充电、设备管理、照明、通信和其它功能。 然而，随着便携系统的快速发展，集成式PMIC已经无法满足外设电源要求。在系统开发的后期阶段必须增加专用LDO来给各种选件供电，如相机模块、蓝牙、WiFi和其它连接模块。LDO还能用来辅助降低噪声，解决由电磁干扰(EMI)和印刷电路板(PCB)布线造成的稳压问题，并通过关闭不需要的功能来提高系统效率。 1.2低压差稳压电源的发展现状 LDO发展概况中国集成电（IC)产业经过40余年的发展，已经形成了一个良好的产业基础，并已经进入了一个加速发展的新阶段。借鉴国外先进技术，充分利用国内优惠政策，是当前国内各个IC公司发展的立足点。作为被广泛应用于手机、DVD、数码相机以及Mp3等多种消费类电子产品中的稳压芯片，LDO已引起人们的高度重视。国内早期从事LDO生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002及SG2003系列LDO，足以满足当前市场上主流电压、电流的需要；它的SG2004、SG2011以及SG2012系列产品，非常适合于大电流负载应用；而它的SGM2007/2006/2005系列RF LDO更适用于手机电源的应用。尽管是国产芯片，但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品，而价格更适合于当前国内市场。由此看来，国内与国外IC发展的将不会越来越大，每个国人都可以相信，中国不仅可以成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC强国。 1.3低压差稳压电源的发展趋势 目前，低压差线性稳压器正进入一个蓬勃发展的新时期。主要表现为新技术不断涌现，新工艺被普遍采用，新产品层出不穷，其应用领域也日益广泛。低压差线性稳压器的发展趋势： 一、广泛采用新技术，不断开发新产品 目前新型VLDO的调整管大多采用CMOS工艺制成的P沟道MOS场效应管（PMOS),也有的采用N沟道MOS场效应管(NMOS)。其中，NMOS功率场

一种高速高稳定性片上LDO设计

一种高速高稳定性片上LDO设计 卢星，赵春胜，张国俊 (电子科技大学薄膜与器件国家重点实验室, 成都 610054) 摘要：为了提高LDO的稳定性和瞬态响应特性，本文设计了一种新型的带缓冲电路结构和反馈补偿网络的LDO，具有低功耗、高稳定性和高速瞬态响应的特点。基于上化的0.5μm BCD工艺，用Spectre仿真工具进行仿真，输入电压8v至30v动态变化时，能提供5.25v稳定输出。通过改变负载电容，该LDO可以支持峰值为50mA的电流负载，仿真结果表明，该LDO线性稳压器以上指标都很优异。 关键词：瞬态响应；低功耗；稳定性； 中图分类号：TN433 文献标识码：A文章编号： A on-chip LDO design with fast transient and high stability Abstract:In order to improve LDO stability and transient response characteristics, this paper presents a new design with a buffer circuit LDO structure and feedback compensation network. It has low power consumption, high stability and fast-speed transient response characteristics. Results from simulation based on CSMC 0.5μm BCD process shows that when the input voltage dynami c changes it can provides 5.25v stable output value. By changing the load capacitance, the LDO can support a peak current of 50mA load. From the simulation , wo also know that the LDO linear regulator indicators are excellent. Key words:transient response; low power consumption; stability 1引言 在信息时代高速发展的今天，越来越多的高科技电子产品在我们的日常生活中发挥了重要作用，电子产品的正常工作，尤其是在低功耗便携式电子产品领域，离不开稳定工作电压的电源管理设备——稳压器，稳压器用于提供一种不随负载阻抗、输入电压、温度和时间变化的稳定电源电压。LDO低压差线性稳压器因其能够在电源电压与负载电压之间保持微小压差而著称。LDO是电源管理模块的重要组成部分，得到了广泛的应用。当前，LDO已经实现了100mv-200mv的压差。 本文设计的LDO,相比于传统LDO具有更快的瞬态响应、更高的稳定性，采用工作在亚阈值MOS晶体管而不是多晶电阻作为反馈网络，具有低噪声、低静态电流和所占芯片面积小等优点[1]。 2传统LDO特性分析 传统LDO 拓扑结构如图1所示[2]，主要有误差放大器EA、调整管MP、电阻反馈网络R f1和R f2、输出电容C0、等效串联电阻R ESR、旁路电容C b、负载电阻R L组成。其中，因为旁路电容一般为高频电容，R ESR值很小，因此可以忽略它的R ESR电阻。 OUT V ref 图1 传统LDO拓扑结构 2.1 直流特性分析[3] 在LDO中，通过将负反馈网络的电阻分压V FB和输入误差放大器的基准电压V ref进行比较，放大它们的差值来调整流过MP管的电流，使流过R f1和R f2电流保持稳定，从而得到一个稳定的输出电压。电阻反馈网络R f1和R f2的特性对于调整管的静态电流、输出电压和噪声至关重要。当R f1和R f2较大时，电阻的噪声会变大影响输出精度，同时占用的芯片面积增大；当R f1和R f2较小时，调整管的静态电流和功耗变大。

有关LDO在手机设计中的应用

有关LDO在手机设计中的应用 随着社会的进步，使用者对通讯便利性要求越来越高，使得手机行业在近几年有了飞速的发展。从模拟到数字，从黑白屏到彩屏，从简单的通话功能到网上冲浪、可视对讲、移动电视、GPS定位，新的应用层出不穷。但随着手机系统功能越来越复杂，对供电系统的稳定性、供电电压、效率和成本的要求也越来越高。相应的系统供应商，例如MTK、TI、INFINION、NXP等等也随之更新自己的系统电源管理单元(PMU)，但是，作为系统级芯片的更新，远远慢于产品功能的更新换代。对于一些关键的器件，例如射频模块的供电电源，GPS模块的PLL 供电电源，对于输出纹波，PSRR(电源纹波抑制比)性能的要求很高，这些指标会直接影响手机的信号接收灵敏度以及GPS的信号接收灵敏度。利用PMU供电则会给工程师增加系统设计复杂度。因此，各种LDO在手机中的应用，始终充满 活力。 LDO是利用较低的工作压差，通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。根据制成工艺的不同，LDO有Bipolar，BiCMOS，CMOS几种类型，性能有所差异，但随着成本压力的增大，CMOS LDO目前成为市场的主流。 LDO从结构上来讲是一个微型的片上反馈系统，它由电压电流调整的的功率MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、放大器、和PG(Power GOOD)等功能电路在一个芯片上集成而成，图1为 CMOS LDO的典型功能图。 对于手机来说，主要分成射频，基带，PMU三大功0能单元。PMU虽然可以满足其中大部分供电的需求，而对于射频部分的供电，摄像头模组的供电，GPS，以及WIFI部分新增的供电需求，由于PMU本身更新的速度，以及考虑成本、散热问题，并不能满足，需要通过额外的电源供应。SGMICRO 的LDO产品本身有着极低的静态电流，极低的噪声，非常高的PSRR，以及很低的Dropout Voltage(输入输出电压差)，可以大部分满足在这些应用条件下的供电要求。 在手机应用中，LDO的PSRR、输出噪声、启动时间这几个参数直接影响手机性能的好坏，需要根据实际应用情况选择合适参数以及考虑布线。在选择外围器件 1. 输出电容的选择影响了LDO的稳定性,瞬态响应性能,以及输出噪声Vrms的 这股气势并没有太大的攻击力，却可以形成很强大的压迫，就像现在的方云，道心圆满，使得方云的神识强大的足以媲美神阶，调动的天地之气，也是异常强 4 防止电流倒灌，静态电流的大小 5. 线路设计要考虑抑制输入电压过冲(稳压管的选用与否) 6. 布线影响散热的效率(Tdie<100℃) 7. 根据系统要求选择合适启动时间

设计LDO的7个因素

设计LDO的7个因素 压差（Uin-Uout）压差是LDO的重要参数，它表示输入与输出之间的电位差，LDO的压差越小越好。但是当输入电压不能满足“最小压差”的要求时，LDO就无法正常工作。此时误差放大器会进入完全导通状态，使环路的增益变为零，对负载的稳压能力会变得很差，电源抑制比也大幅度降低。 需要注意以下几点： 第一：在LDO的参数表中可以有多个甚至多组压差数据，例如在轻载、中等负载、满载条件下压差的最小值、典型值和最大值。其中，典型值仅供设计时参考。最具有实际意义的应是满载条件下压差的最大值，该参数值是在最不利的情况下测得的。设计时应以此为依据，以便留出足够的余量，确保LDO在最坏的情况下也能正常工作。 第二：为可靠起见，有时可按Uin=Uout+△U+lV的关系式来选择最低输入电压值。功率按1.5倍以上选择有点浪费（但加上20%-30%的余量一点不为过）。一般LDO的自损功耗为Pd_max=（Uin-Uout）*Iout。 第三：输入一输出压差并非固定值，它随输出电流的增加而增大，随温度升高而增加。 最大输出电流最大输出电流是LDO的一个基本参数。通常，输出电流越大，LDO的价格越高。LDO必须能在最不利的工作条件下给负载提供足够的电流。 输入电压要求输入电压必须大于额定输出电压与输入一输出压差之和，即Uin>Uout+△U。否则LDO将失去稳压功能，输出电压会随输入电压而改变，此时Uout 就等于输入电压减去调整管导通电阻(RON)与负载电流的乘积，即Uout=Uin-RONI0。 输出电压固定输出式LDO的外围电路简单，使用方便，并且能节省外部取样电阻分压器的成本和空间。其输出电压值在出厂时已趋于一致(仅限于通用电压)，输出电压精度一般为±5％，这对于大多数应用已经足够了。新型LDO采用激光修正技术，精度指

LDO在手机设计中的应用

LDO在手机设计中的应用 随着社会的进步，使用者对通讯便利性要求越来越高，使得手机行业在近几年有了飞速的发展。从模拟到数字，从黑白屏到彩屏，从简单的通话功能到网上冲浪、可视对讲、移动电视、GPS定位，新的应用层出不穷。但随着手机系统功能越来越复杂，对供电系统的稳定性、供电电压、效率和成本的要求也越来越高。相应的系统供应商，例如MTK、TI、INFINION、NXP 等等也随之更新自己的系统电源管理单元(PMU)，但是，作为系统级芯片的更新，远远慢于产品功能的更新换代。对于一些关键的器件，例如射频模块的供电电源，GPS模块的PLL供电电源，对于输出纹波，PSRR(电源纹波抑制比)性能的要求很高，这些指标会直接影响手机的信号接收灵敏度以及GPS的信号接收灵敏度。利用PMU供电则会给工程师增加系统设计复杂度。因此，各种LDO在手机中的应用，始终充满活力。LDO是利用较低的工作压差，通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。根据制成工艺的不同，LDO有Bipolar，BiCMOS，CMOS几种类型，性能有所差异，但随着成本压力的增大，CMOS LDO目前成为市场的主流。LDO 从结构上来讲是一个微型的片上反馈系统，它由电压电流调整的的功率MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、放大器、和PG(Power GOOD)等功能电路在一个芯片上集成而成，图1为CMOS LDO的典型功能图。对于手机来说，主要分成射频，基带，PMU三大功能单元。PMU虽然可以满足其中大部分供电的需求，而对于射频部分的供电，摄像头模组的供电，GPS，以及WIFI部分新增的供电需求，由于PMU本身更新的速度，以及考虑成本、散热问题，并不能满足，需要通过额外的电源供应。SGMICRO的LDO 产品本身有着极低的静态电流，极低的噪声，非常高的PSRR，以及很低的Dropout Voltage(输入输出电压差)，可以大部分满足在这些应用条件下的供电要求。在手机应用中，LDO的PSRR、输出噪声、启动时间这几个参数直接影响手机性能的好坏，需要根据实际应用情况选择合适参数以及考虑布线。在选择外围器件方面，则要注意以下七点：1. 输出电容的选择影响了LDO的稳定性,瞬态响应性能,以及输出噪声Vrms的大小2. 输入电容的选择影响瞬态响应性能, EMI和PSRR3. 滤波电容影响了输出纹波、PSRR和瞬态响应性能及启动时间4 防止电流倒灌，静态电流的大小5. 线路设计要考虑抑制输入电压过冲(稳压管的选用与否)6. 布线影响散热的效率(Tdie<100℃)7. 根据系统要求选择合适启动时间图1：CMOS LDO的基本架构及简单应用线路图LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要：LDO的稳定性与瞬态响应。由于负载电流动态变化大，要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好，否则导致系统工作异常。PSRR参数。PSRR参数直接影响射频模块部分地接收灵敏度。如果用在音频部分，能够抑制手机中的EMI干扰，使声音的表现力更好。LDO的输出噪声。这直接关系到输出电源的干净与否。LDO的启动时间。启动时间跟系统设计的上电时序息息相关，直接影响系统的工作与否。LDO 推荐的PCB设计。在设计过程中，需要将输入电容Cin与输出电容Cout尽量靠近LDO。在LDO的应用中，热设计往往是一个容易忽视的地方，需要考虑不同功率情况下选用合适的封装，常见的有三种，SC70、SOT23和DFN-6。以射频模块部分供电为例，SC70封装，本身允许散热功率通常在0.2W以内：PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd <0.2WVin=Vbattery=3.6V 以上，Vout通常是2.8V，如果电流超过250mA会导致不稳定,而SOT23的封装允许散热在0.4W 左右，更加适合该部分的应用。如果从芯片尺寸考虑，可以选用DFN封装，可以兼顾散热要求(PD>0.4W)。SG MICRO(圣邦微电子)作为新兴的半导体供应商，也推出了一系列的LDO 产品：通用LDO(三端稳压),射频LDO（PSRR可以达到73DB@1kHZ）,高精度LDO(满负载0~300mA，全温度范围-40~125℃，精度1.6%)。以射频LDO SGM2007为例，输出噪声为30μVrms，输出压差为300mV(全温度范围，全负载0-300mA)，静态功耗低至77μA，关断电流小于10nA，PSRR在1kHz时为73db，216.67Hz为78dB。LDO SGM2007具有过热保护和过流保护功能，启动时间在20μS以内。

设计LDO不得不考虑的因素集锦

设计LDO不得不考虑的因素集锦 传统的稳压器显然是不适合市场，因为对于一些特定的应用，输入和输出的压差过低就无法使用，这时LDO类的电源转换芯片才诞生了，帮助我们很好的解决了这个问题。不过在此潘登提醒大家在设计LDO时主要应考虑以下问题。 1、压差（Uin-Uout） 压差是LDO的重要参数，它表示输入与输出之间的电位差，LDO的压差越小越好。但是当输入电压不能满足“最小压差”的要求时，LDO就无法正常工作。此时误差放大器会进入完全导通状态，使环路的增益变为零，对负载的稳压能力会变得很差，电源抑制比也大幅度降低。 需要注意以下几点： 第一，在LDO的参数表中可以有多个甚至多组压差数据，例如在轻载、中等负载、满载条件下压差的最小值、典型值和最大值。其中，典型值仅供设计时参考。最具有实际意义的应是满载条件下压差的最大值，该参数值是在最不利的情况下测得的。设计时应以此为依据，以便留出足够的余量，确保LDO在最坏的情况下也能正常工作。 第二，为可靠起见，有时可按Uin=Uout+△U+lV的关系式来选择最低输入电压值。功率按1.5倍以上选择有点浪费（但加上加上20%-30%的余量一点不为过）。一般LDO的自损功耗为Pd_max=（Uin-Uout）*Iout。 第三，输入一输出压差并非固定值，它随输出电流的增加而增大，随温度升高而增加。 2、最大输出电流（） 最大输出电流是LDO的一个基本参数。通常，输出电流越大，LDO的价格越高。LDO 必须能在最不利的工作条件下给负载提供足够的电流。 3、输入电压 要求输入电压必须大于额定输出电压与输入一输出压差之和，即Uin>Uout+△U。否则LDO将失去稳压功能，输出电压会随输入电压而改变，此时Uout就等于输入电压减去调整管导通电阻(RON)与负载电流的乘积，即Uout=Uin-RONI0。 4、输出电压 固定输出式LDO的外围电路简单，使用方便，并且能节省外部取样电阻分压器的成本和空间。其输出电压值在出厂时已趋于一致(仅限于通用电压)，输出电压精度一般为±5％，这对于大多数应用已经足够了。新型LDO采用激光修正技术，精度指标可达±1％～±2％。特别需要注意产品说明书所给出精度指标的适用条件，例如是在室温下还是在整个工作温度范围内，是满载条件下还是在中等负载或空载条件下。 可调输出式LDO允许在规定范围内连续调节输出电压。若将输出端与反馈端相连，使输出电压等于内部基准电压，则最低输出电压一般为1．2V左右。