LDO線(xiàn)性穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及分類(lèi)

LDO線(xiàn)性穩(wěn)壓器通常被設(shè)計(jì)工程師作為輔助措施，并且經(jīng)常被選用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期階段。設(shè)計(jì)工程師比較關(guān)注的是如何使復(fù)雜的基頻(BB) 或射頻( RF )ASIC 發(fā)揮作用，而不是其所選線(xiàn)性穩(wěn)壓器的功率/性能。

線(xiàn)性穩(wěn)壓器的選擇依據(jù)通常性能列表中的主要規(guī)格，而不是位于數(shù)據(jù)表封面以?xún)?nèi)的非常關(guān)鍵的核心和性能參數(shù)。規(guī)格經(jīng)常很容易令人誤解 - 封面上所列的規(guī)格只代表主要參數(shù)，但如果不與其他連接參數(shù)相結(jié)合時(shí)，便失去了價(jià)值。例如，接地電流是這些參數(shù)中的一個(gè)。出現(xiàn)這種情形的原因是，線(xiàn)性穩(wěn)壓器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)讓器件制造商認(rèn)識(shí)到, 需要讓時(shí)間有限的工程師們更加關(guān)注自己的器件。此外，在信息提供方式方面，也沒(méi)有真正的標(biāo)準(zhǔn)化。不同的數(shù)值范圍、溫度和負(fù)載只會(huì)使設(shè)計(jì)工程師在比較部件時(shí)導(dǎo)致混淆。線(xiàn)性穩(wěn)壓器

現(xiàn)代線(xiàn)性穩(wěn)壓器為滿(mǎn)足具有挑戰(zhàn)性的要求提供了許多獨(dú)特的結(jié)構(gòu)?；旧希€(xiàn)性穩(wěn)壓器是一個(gè)運(yùn)算放大器加一個(gè)通路晶體管。運(yùn)算放大器使用兩個(gè)參考點(diǎn)，一個(gè)是內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)，另一個(gè)是輸出端的電阻分壓電路。在穩(wěn)壓過(guò)程中，電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓值向運(yùn)算放大器提供與帶隙基準(zhǔn)相比較的反饋。

比較的結(jié)果決定了通路晶體管增加或減少導(dǎo)通電流。這是具有兩個(gè)主極點(diǎn)的閉環(huán)系統(tǒng)，這兩個(gè)主極點(diǎn)分別是誤差放大器/通路晶體管的內(nèi)部極點(diǎn)，以及輸出電流需求和輸出電容器的 ESR 構(gòu)成的外部極點(diǎn)。這兩個(gè)主導(dǎo)極點(diǎn)的處理將影響器件的性能，并會(huì)對(duì)閉環(huán)的穩(wěn)定性構(gòu)成主要影響(見(jiàn)圖1)。

圖1

線(xiàn)性穩(wěn)壓器分類(lèi)

更高的效率是設(shè)計(jì)工程師持續(xù)的要求。這個(gè)要求就轉(zhuǎn)化為對(duì)Iq(靜態(tài)工作電流) 和正向電壓降的降低。隨著制造商提高線(xiàn)性穩(wěn)壓器的標(biāo)準(zhǔn)性能，也為其他特性帶來(lái)了負(fù)面影響。

通用線(xiàn)性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)可以提供最佳的整體性能。

彼此互相影響的性能指標(biāo)會(huì)被折中處理。

封裝選擇則主要取決于成本和廣泛的市場(chǎng)接受能力。

數(shù)字線(xiàn)性穩(wěn)壓器

數(shù)字線(xiàn)性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于支持系統(tǒng)的主數(shù)字核心?，F(xiàn)代 DSP 和微控制器必須具有快速的效率以及通常較高的電流要求。

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需要無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的新興市場(chǎng)需要大量的濾波，這為數(shù)字處理核心的軟件負(fù)載帶來(lái)很大的壓力，這將轉(zhuǎn)化為對(duì)電源管理器件的高要求和快速響應(yīng)。這些功能驅(qū)使著那些對(duì)于數(shù)字負(fù)載非常重要的主要特性的發(fā)展。(圖2)線(xiàn)路和負(fù)載調(diào)整率/瞬態(tài)響應(yīng)是其中首要的功能。這些參數(shù)盡管在數(shù)據(jù)表中通常不太容易找到，但可以通過(guò)兩種方式來(lái)確定：V/I的偏差百分比或?qū)嶋HV/I偏差值。這些值應(yīng)以一種負(fù)載電流為參考基準(zhǔn)或以輸入電壓的變化為參考基準(zhǔn)。

圖2

電池供電的和低功率的系統(tǒng)具有長(zhǎng)期的非工作時(shí)間，數(shù)字線(xiàn)路穩(wěn)壓器被設(shè)計(jì)成在這期間進(jìn)入休眠狀態(tài)，而在需要時(shí)可快速啟動(dòng)。在休眠模式期間，線(xiàn)性穩(wěn)壓器的所有主操作(包括帶隙基準(zhǔn))將關(guān)閉。重要的是，快速開(kāi)啟時(shí)不能導(dǎo)致過(guò)沖。線(xiàn)性穩(wěn)壓器的過(guò)沖以及克服過(guò)沖的能力取決于Iq值，隨著Iq值的降低，保持或改進(jìn)這種能力將會(huì)更難。

我們所需的就是能夠快速驅(qū)動(dòng)內(nèi)部電容節(jié)點(diǎn)，并且具有可用電流來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。隨著我們進(jìn)一步降低驅(qū)動(dòng)內(nèi)部電容節(jié)點(diǎn)的可用電流，線(xiàn)性穩(wěn)壓器的反應(yīng)能力將隨之降低。

假定我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)反應(yīng)能力足夠快的電路，但存在過(guò)沖現(xiàn)象，則克服過(guò)沖的一種方法就是通過(guò)采用電容器來(lái)阻滯過(guò)沖。結(jié)果，這將增加電容負(fù)載，并且提高Iq值的需求。

模擬/射頻線(xiàn)性穩(wěn)壓器

模擬線(xiàn)性穩(wěn)壓器主要圍繞著空中接口的要求驅(qū)動(dòng)。

空中接口是便攜式通信的最薄弱環(huán)節(jié)，因?yàn)樾盘?hào)對(duì)噪聲和信號(hào)衰減極為敏感。因此當(dāng)考慮模擬線(xiàn)性穩(wěn)壓器時(shí)，很重要的一點(diǎn)是，器件本身不會(huì)在所需的信號(hào)中進(jìn)一步增加噪聲，并且抑制其他電源的噪聲。模擬穩(wěn)壓器需要良好的抗噪聲性能(以有效值VRMS來(lái)度量)以及噪聲抑制能力(以電源抑制比PSRR的dB值來(lái)度量)。

降低噪聲

帶隙參考和通路晶體管是主要噪聲源。增加外部旁路電容器可以降低此噪聲，但這會(huì)增加成本以及波形系數(shù)。也可以在硅片內(nèi)增加內(nèi)部電容器，因?yàn)榫w管級(jí)別的噪聲實(shí)際上是以下兩個(gè)因素構(gòu)成的：熱噪聲和閃爍噪聲。原因是電子相互碰撞，和Si02級(jí)別中的電子捕獲。

PSRR 是器件抑制另一個(gè)穩(wěn)壓組件或噪聲源產(chǎn)生噪聲的能力，這在模擬環(huán)境中相當(dāng)重要，因?yàn)槟M IC 器件比數(shù)字 IC 器件對(duì)噪聲更敏感。

噪聲本身與接地電流具有直接相關(guān)性，因?yàn)樗?strong>晶體管驅(qū)動(dòng)的影響。Mosfet 中的驅(qū)動(dòng)電流越低，閃爍噪聲和熱噪聲越差。較低的驅(qū)動(dòng)又將轉(zhuǎn)換為較低的 Iq 值。

因此，在選擇線(xiàn)性穩(wěn)壓器時(shí)，必須查看產(chǎn)品詳細(xì)資料以評(píng)估您的獨(dú)特應(yīng)用所需的整體性能。