低壓差(LDO)穩(wěn)壓器在智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和其他便攜式小型設(shè)備等現(xiàn)代電子產(chǎn)品中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由于其效率和可靠性，它們?cè)谙到y(tǒng)級(jí)芯片(SoC)架構(gòu)中的集成變得越來(lái)越普遍。然而，片上LDO選項(xiàng)和特性種類(lèi)繁多，使得選擇過(guò)程變得十分復(fù)雜。
在選擇LDO之前，明確定義IC設(shè)計(jì)的具體要求非常重要。需要考慮電壓調(diào)節(jié)需求、電源效率、噪聲敏感度和物理約束等因素。要為您的應(yīng)用選擇合適的LDO，您必須首先明確具體要求并確定關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。
要確定最佳LDO，就必須了解現(xiàn)有的各種類(lèi)型及其獨(dú)特特性。
LDO的類(lèi)型
這些LDO允許通過(guò)外部電阻或通過(guò)控制輸入以數(shù)字方式設(shè)置輸出電壓。通常見(jiàn)于具有多種電源模式的應(yīng)用中，在活動(dòng)模式下需要一個(gè)電壓，在睡眠模式下需要另一個(gè)電壓。
這些LDO提供由制造商預(yù)先確定的固定輸出電壓。使用簡(jiǎn)單，通常用于始終需要特定電壓的應(yīng)用中。
LDO的設(shè)計(jì)壓差小于200mV。非常適合需要通過(guò)最小化輸入和輸出之間的電壓損失來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的應(yīng)用，通常用于為需要由DC-DC驅(qū)動(dòng)的大電流的應(yīng)用提供額外的電源抑制。
這些LDO提供穩(wěn)定的輸出，且電氣噪聲極小。常用于敏感的模擬電路、RF電路和其他噪聲敏感型應(yīng)用。
具有高電源抑制比(PSRR)的LDO旨在抑制輸入電源的變化和噪聲。通常見(jiàn)于輸入電源質(zhì)量不可靠且驅(qū)動(dòng)電路敏感的應(yīng)用中，例如音頻和通信系統(tǒng)。
大多數(shù)LDO都需要片外輸出電容器才能有效運(yùn)行。無(wú)需片外輸出電容器即可提供所需性能的LDO稱(chēng)為無(wú)電容LDO。無(wú)電容LDO非常適合對(duì)空間要求嚴(yán)格的應(yīng)用，例如智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備。
這些LDO需要在輸出端(有時(shí)在輸入端)使用外部電容器來(lái)確保穩(wěn)定性。適用于高輸出電流應(yīng)用，或需要精確性能調(diào)整的應(yīng)用，例如敏感模擬電路、RF應(yīng)用和高性能數(shù)字系統(tǒng)。
與標(biāo)準(zhǔn)LDO相比，它們可以提供更高的輸出電流。通常用于需要大量電流的應(yīng)用，例如為微處理器或其他高功率組件提供數(shù)字電源。
LDO旨在在無(wú)負(fù)載時(shí)消耗極低的靜態(tài)電流。最適合電池供電設(shè)備中的常開(kāi)域，在這些設(shè)備中，電源效率和電池壽命至關(guān)重要。
關(guān)鍵性能指標(biāo)
選擇LDO時(shí)，需要考慮一些基本因素，以確保所選的LDO滿足您的應(yīng)用的特定要求。
這是LDO正常調(diào)節(jié)所需的輸入和輸出電壓之間的最小差值。盡管LDO設(shè)計(jì)為在低壓差下工作，但輸入和輸出電壓之間仍然需要最小差值。較低的壓差有利于提高效率，并且對(duì)于低輸入電壓應(yīng)用至關(guān)重要，但通常會(huì)導(dǎo)致噪聲和PSR受損。
這是LDO未提供負(fù)載電流時(shí)消耗的電流。低靜態(tài)電流對(duì)于電池供電應(yīng)用至關(guān)重要，可最大程度延長(zhǎng)電池壽命。高靜態(tài)電流會(huì)降低整體效率和電池壽命。
這衡量了LDO在負(fù)載電流變化時(shí)保持恒定輸出電壓的能力。LDO必須保持穩(wěn)定的輸出電壓，而不管負(fù)載電流如何變化。高瞬態(tài)負(fù)載會(huì)導(dǎo)致輸出電壓變化，這可能會(huì)對(duì)敏感電子元件造成損害。
這是為了在輸入電壓發(fā)生變化的情況下保持恒定的輸出電壓。這些變化會(huì)影響輸出電壓。雖然LDO通常提供良好的線路調(diào)節(jié)，但輸入電壓的大幅波動(dòng)可能會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，牢記這些關(guān)鍵事項(xiàng)非常重要。
檢查容差和參考電壓精度，確保LDO能夠高精度地提供所需的輸出電壓。LDO的效率與輸出電壓與輸入電壓之比直接相關(guān)，這會(huì)導(dǎo)致功率損耗和發(fā)熱。
確保LDO的最大輸入電壓額定值高于其在應(yīng)用中遇到的最高電壓。
確認(rèn)連續(xù)和峰值電流額定值，以保證LDO能夠提供應(yīng)用所需的最大電流。
檢查輸出噪聲和PSRR。低噪聲LDO對(duì)于敏感的模擬電路至關(guān)重要，而低輸出噪聲需要精心設(shè)計(jì)和選擇元件。高PSRR是抑制電源噪聲所必需的。較差的PSRR會(huì)導(dǎo)致輸入噪聲傳遞到輸出，從而影響供電電路的性能。
評(píng)估LDO的熱性能和熱阻，使其能夠有效散熱。LDO必須在很寬的溫度范圍內(nèi)可靠運(yùn)行，因?yàn)樵跇O端溫度下性能可能會(huì)下降，從而影響壓差、PSRR和穩(wěn)定性等參數(shù)。
LDO的進(jìn)步
LDO是核心IP模塊中必不可少的一部分，但選擇正確的LDO解決方案卻并非易事。傳統(tǒng)LDO市場(chǎng)多年來(lái)一直處于碎片化狀態(tài)，無(wú)法找到簡(jiǎn)單的LDO解決方案。LDO要求眾多，而且經(jīng)常相互沖突，因此沒(méi)有適合所有應(yīng)用的解決方案。芯片設(shè)計(jì)人員不得不做出妥協(xié)，選擇相對(duì)最好的方案并使用變通方法。幸運(yùn)的是，隨著LDO的最新進(jìn)展，現(xiàn)在有了另一種方法。Agile Analog等IP供應(yīng)商提供全系列可定制且與工藝無(wú)關(guān)的LDO，因此不再需要妥協(xié)或變通。LDO的這些進(jìn)步非常重要，有助于讓芯片設(shè)計(jì)人員的工作更加輕松。
注：本文由Ricardo Xie編譯，原文刊登于EDN姊妹網(wǎng)站Planet Analog，參考鏈接：Key considerations and challenges when choosing LDOs
