LDO產(chǎn)品的特點有哪些? LDO低壓差線性穩(wěn)壓器設計

LDO也叫低壓差線性穩(wěn)壓器，它是一種常用的電源管理芯片，其產(chǎn)品特點是，它能夠在輸入電壓和輸出電壓間電壓差很小的情況下，保持輸出電壓的穩(wěn)定，適合于低壓的穩(wěn)壓電路中。在電源以及電池等產(chǎn)品中，LDO常用于將電源源頭稍高壓降低到較低的穩(wěn)定電壓電路應用中。

LDO產(chǎn)品的特點有哪些?

作為一種集成度高的產(chǎn)品，LDO一大特點就是非常省外圍元器件，具有負載調整速度較快，應用方便。LDO具有低功耗、高精度、低噪音、高效率以及快速瞬態(tài)響應等優(yōu)點，LDO采用的是線性調節(jié)電壓方式，更省電節(jié)能，產(chǎn)品功耗低。它通常具有高電源抑制比和低噪聲特性，產(chǎn)品非常適用于要求低噪聲等的場景，如低負載電流、低壓差降壓電路、低功耗電路以及低噪聲電路等。

通常，LDO的工作是這樣的。VIN端通過MOS晶體管提供到輸出端VOUT，誤差放大器通過反饋網(wǎng)絡和參考電壓源比較輸出電壓，并調節(jié)MOS晶體管的柵極電壓，以保持輸出電壓穩(wěn)定。補償電路可以集成在誤差放大器中，用于確保穩(wěn)定性。

低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器通常用于向處理器內核和通信電路提供干凈的電源。在這些應用中，由于處理器和功率放大器對電源輸出噪聲和負載瞬態(tài)響應有嚴格的性能要求，因此會專門使用LDO穩(wěn)壓器。這些電路通常需要一個能夠滿足每個IC的電流額定值和供電軌要求的LDO穩(wěn)壓器，以便盡量減小解決方案尺寸。

LDO穩(wěn)壓器通常需要進行硬件修改以調整輸出電壓，但如果規(guī)格不斷變化，則更改電路板和組件可能會增加開發(fā)時間。在此類應用中，具有軟件可編程輸出電壓的LDO穩(wěn)壓器可以節(jié)約時間和成本。

芯片，作為現(xiàn)代科技的核心元件，廣泛應用于智能手機、電腦、汽車、云計算、人工智能等領域，是推動社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的重要力量。然而，芯片的制造過程卻是極其復雜和耗能的。據(jù)統(tǒng)計，一個12英寸的晶圓片，從原材料到最終產(chǎn)品，需要經(jīng)過數(shù)百道工序，涉及到切割、清洗、拋光、光刻、蝕刻、鍍膜、測試等多個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要大量的電力、水和化學品。一般來說，一個晶圓片的制造周期需要2-3個月，耗電量高達1500度左右，相當于一個家庭一年的用電量。而隨著芯片制程的不斷升級，芯片的集成度和性能不斷提高，耗電量也會隨之增加。例如，采用極紫外光刻技術(EUV)的芯片，每個晶圓片的耗電量可能達到3000度以上。

不過，LDO穩(wěn)壓器輸出的軟件控制只能解決部分問題。LDO穩(wěn)壓器通常用作開關穩(wěn)壓器的后置穩(wěn)壓器。從LDO穩(wěn)壓器的角度看，開關穩(wěn)壓器通常用于在其到達線性穩(wěn)壓器之前對輸入功率進行預調節(jié)。理想情況下，開關穩(wěn)壓器的輸出應正好有適當?shù)脑Ａ?高于LDO穩(wěn)壓器的壓差)，使LDO穩(wěn)壓器能夠在最有效的區(qū)域內運行，并優(yōu)化瞬態(tài)響應。為了保持LDO穩(wěn)壓器的適當輸入電壓，必須根據(jù)LDO穩(wěn)壓器的輸出調整開關穩(wěn)壓器的輸出。同樣，這最好在不需要進行昂貴的硬件修改的情況下實現(xiàn)。

LT3072雙通道2.5 A線性穩(wěn)壓器能夠滿足數(shù)字IC電源的挑戰(zhàn)性需求，即使LT3072采用前置穩(wěn)壓器輸入電源，也可以進行與硬件無關的輸出電壓調整。LT3072具有UltraFast? 瞬態(tài)響應和80 mV的低壓差，使其能夠在負載快速變化時輕松產(chǎn)生精確調節(jié)的電源電壓。

只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)輸出電容即可獲得LT3072帶來的12 μV rms的低輸出噪聲和超快瞬態(tài)響應。低噪聲對于通信或傳感器電路保持其高性能至關重要。

LT3072在單個封裝中集成了兩個完全獨立的2.5 A LDO穩(wěn)壓器。LT3072的0.6 V至2.5 V輸出電壓范圍足夠寬，能夠為各種數(shù)字IC供電軌供電。在LT3072上設置幾個三態(tài)引腳，可編程設定每個通道的輸出電壓，這可通過跳線、微控制器或電源系統(tǒng)管理(PSM) IC輕松實現(xiàn)。

具有低噪聲和超快瞬態(tài)響應的可編程雙通道輸出

圖1顯示獨立電路中的LT3072，適用于具有嚴格功率要求的數(shù)字IC負載。嚴格電源規(guī)范的一個重要組成部分是能夠快速響應負載瞬變，如圖2中LT3072的超快瞬態(tài)響應曲線所示。

圖1. 雙通道2.5 A LT3072的超快負載瞬態(tài)響應、12 μV rms輸出噪聲和80 mV壓 差特性能夠滿足具有嚴格功率要求的數(shù)字IC需求。該原理圖顯示，三態(tài)V O1B2–0 和V O2B2–0 引腳的OUT1和OUT2分別固定為2.5 V和0.6 V，但只要更改這些引腳上的狀態(tài)就可改變輸出電壓，無需耗時昂貴的硬件修改，即可實現(xiàn)對LT3072的軟件控制。

圖2. LT3072的單輸出超快瞬態(tài)響應顯示只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)輸出電容即可實現(xiàn)微秒建立時間。中間的跡線顯示可使用額外的電容來限制偏移振幅，但建立時間略長。

通常LDO有PMOS LDO和NMOS兩種類型，各有優(yōu)缺點。

PMOS LDO具有輸出電壓穩(wěn)定性高、壓差小、效率高、適用電壓范圍廣、噪聲隔離效果好以及可靠性高、壽命長等優(yōu)點，使其在航空航天、汽車、工業(yè)以及消費電子等領域得到了廣泛應用。

1/輸出電壓穩(wěn)定性高

PMOS LDO的輸出電壓穩(wěn)定性非常高，這得益于其內部的負反饋系統(tǒng)。當輸出電壓增大時，反饋電壓(VOUT通過兩個電阻分壓得到)也會增大，誤差放大器輸出電壓增加，進而調整PMOS管的柵極電壓，減小其輸出電流和電壓，從而形成一個穩(wěn)定的負反饋回路。

2/壓差小，效率高

PMOS LDO的壓差(輸入電壓與輸出電壓之間的差值)相對較小，這意味著在相同的輸出電流下，PMOS LDO的功耗更低，效率更高。這對于需要長時間運行且對功耗有嚴格要求的設備來說尤為重要。

3/適用電壓范圍廣

PMOS LDO在輸電電源電壓高于輸出電源電壓時，工作非常穩(wěn)定。這使得PMOS LDO能夠在較寬的輸入電壓范圍內正常工作，為不同的應用場景提供了更大的靈活性。

5/噪聲隔離效果好

PMOS LDO具有非常好的噪聲隔離作用，具體指標是電源抑制比(PSRR)。PSRR表示輸出噪聲對輸入噪聲的比值，高PSRR的LDO能夠更有效地濾除來自輸入端的噪聲，為敏感電路提供干凈的電源。

4/輸出電流能力適中

雖然PMOS的導通電阻相對較大，導致開關損耗較大，但其輸出電流能力適中，足以滿足許多應用場景的需求。同時，由于其輸出電壓穩(wěn)定性高，即使在負載變化時，也能保持輸出電壓的穩(wěn)定。PMOS LDO的可靠性高，壽命長，其內部的PMOS管和其他元件經(jīng)過精心設計和制造，能夠在惡劣的環(huán)境下長時間穩(wěn)定運行。

NMOS LDO具有快速瞬態(tài)響應、低靜態(tài)電流、高電流驅動能力、電壓調節(jié)范圍寬以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點,使得NMOS LDO在電源管理領域具有廣泛的應用前景，特別是在需要快速響應和高效率的應用場景中表現(xiàn)尤為突出。

1/快速瞬態(tài)響應

NMOS型LDO的單位增益帶寬較大，因此具有出色的瞬態(tài)響應能力。這意味著當負載電流或輸入電壓發(fā)生變化時，NMOS LDO能夠迅速調整輸出電壓，保持穩(wěn)定。

2/低靜態(tài)電流：

NMOS LDO在負載電流變化時，靜態(tài)電流幾乎保持不變。這是因為NMOS只用電壓信號控制，而電壓信號不需要消耗誤差放大器本身的電流。因此，NMOS LDO在保持輸出電壓穩(wěn)定的同時，能夠降低功耗。

3/電壓調節(jié)范圍寬：

NMOS LDO能夠在較寬的輸入電壓范圍內正常工作，并提供穩(wěn)定的輸出電壓。這使得NMOS LDO適用于不同電壓等級的電源系統(tǒng)。

4/高電流驅動能力：

由于NMOS的電子遷移率比PMOS高，在驅動相同的電流時，NMOS版圖面積小，因此NMOS LDO具有較高的電流驅動能力。這使得NMOS LDO適用于需要大電流輸出的應用場景。

5/穩(wěn)定性好：

NMOS LDO的環(huán)路穩(wěn)定性較好，這得益于其內部負反饋系統(tǒng)的設計。當輸出電壓發(fā)生變化時，負反饋系統(tǒng)會迅速調整NMOS管的柵極電壓，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

合科泰提醒客戶們，大家在選擇NMOS或PMOS LDO時，應考慮輸入和輸出壓差、功耗要求以及響應速度設計復雜度等，合適的才是最好的。