1.前言

低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 因其低噪聲和高電源抑制比 (PSRR) 而廣受認可。然而，當 LDO 與正確的技術(shù)相輔相成時，它們也有助于提高電源效率。您可以通過將低靜態(tài)電流 LDO 與適當?shù)墓?jié)能技術(shù)（例如動態(tài)電壓調(diào)節(jié) (DVS) 或電源循環(huán)）配對來設(shè)計低噪聲和精益電源。在這篇博文中，我將介紹一些常見的節(jié)能技術(shù)。

2.DVS 方法

諸如微控制器 (MCU)、MPU 和數(shù)字信號處理器 (DPS) 等混合信號處理器在高頻處理過程中需要高電源，而在低功耗模式或長睡眠周期中只需要一小部分電源。您可以通過根據(jù)需求調(diào)整電壓供應(yīng)水平來改善功耗。讓我們回顧一下幾種流行的 DVS 技術(shù)及其各自的技術(shù)資源。

· 用于雙路、可切換電壓電平的 LDO 對。用于降低 MSP430G2553 功耗的線性穩(wěn)壓器電源解決方案參考設(shè)計提供的測試數(shù)據(jù)突出了使用兩個電壓等級為MSP430G2553等 MCU 供電的優(yōu)勢 MCU，取決于工作頻率。圖 1 中的框圖顯示了兩個 LP5900 低噪聲 LDO，LP5900是一種能夠提供150 mA輸出電流的LDO。LP5900設(shè)備設(shè)計用于滿足射頻和模擬電路的要求，提供低噪聲、高PSRR、低靜態(tài)電流和低線路瞬態(tài)響應(yīng)圖。采用新的創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)，LP5900在無噪聲旁路電容器的情況下提供一流的設(shè)備噪聲性能。

· 由來自主機處理器的數(shù)字信號控制。數(shù)字信號一次使能一個LDO，即當MCU需要工作在更高頻率（>1MHz）時，3.3V LDO被使能；在低頻 (<1MHz) 操作期間，1.8V 輸出被啟用，3.3V LDO 被禁用。該參考設(shè)計還提到，如果只有一個 EN 信號可用，您可以在其中一個 LDO EN 引腳上實現(xiàn)一個“NOT”布爾邏輯門，一次啟用一個 LDO。

圖 1：線性穩(wěn)壓器電源解決方案參考設(shè)計框圖

圖 2 中的粉色跡線顯示了從 3.3V 電壓供應(yīng)到 1.8V 電壓供應(yīng)的平滑過渡；綠色跡線表示由于 MCU 輸入電壓變化引起的頻率變化。從參考設(shè)計用戶指南中的測試結(jié)果來看，從 400μA 到 200μA 的靜態(tài)電流節(jié)省了 50%；在電池供電的設(shè)備中，這代表電池壽命延長數(shù)月。

圖2 ：MSP430 電源從 1.8V 轉(zhuǎn)換到 3.3V

· 可變輸出電壓電平。作為動態(tài)電壓調(diào)節(jié)電源參考設(shè)計的線性穩(wěn)壓器演示了一種 DVS 技術(shù)，其中 I 2 C 命令可調(diào)節(jié) LP3878-ADJ 可調(diào) LDO 的輸出電壓。LP3878-ADJ 是一款800mA 可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，設(shè)計用 于使需要低至1V 輸出電壓的應(yīng)用獲得高性能和低噪 聲?！拥匾_電流：800mA 負載下的典型值為 5.5mA；100μA 負載下的典型值為180μA。▲低功耗關(guān)斷：當SHUTDOWN 引腳拉為低電平 時，LP3878-ADJ 消耗的靜態(tài)電流不到10μA。

在此特定應(yīng)用中，輸出電壓可在 1.2V 至 1.6V 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其間有 4mV 步長。圖 3 顯示了設(shè)計的簡化框圖； TPL0401A I 2 C 數(shù)字電位器改變了 LDO 的 ADJ 引腳的反饋電阻，從而改變了 LDO 的輸出電壓。TPL0401 是一款單通道線性錐形數(shù)字電位器，帶有128 個抽頭位置。 TPL0401A/B 有內(nèi)部且被連接至GND 的低端子。 可使用 I2C 接口來調(diào)節(jié)抽頭位置。TPL0401 采用 6 引腳 SC-70 封裝，具有 -40℃ 至125℃ 額定溫度范圍。 該器件具有 10kΩ 端到端電阻并可在 2.7V 至 5.5V 的電源電壓范圍工作。 此類產(chǎn)品被廣泛用于為低功率 DDR3 內(nèi)存設(shè)置電壓基準。圖 4 顯示了數(shù)字電位器電阻與 LDO 輸出電壓之間的關(guān)系。

圖 3：作為動態(tài)電壓調(diào)節(jié)電源參考設(shè)計框圖的線性穩(wěn)壓器

圖4 ：TPL0401A 電阻與 LP3878 輸出電壓

3.超低睡眠模式電流

圖 5 是使用超低 IQ LDO 和 Nano Timer延長電池壽命的電源循環(huán)參考設(shè)計的框圖，該設(shè)計通過電源循環(huán)延長電池壽命。電源循環(huán)啟用和禁用 LDO 或功率級，通過利用 LDO 和納米定時器的低待機靜態(tài)電流來實現(xiàn)極大的節(jié)能。系統(tǒng)會定期激活以分析數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)或執(zhí)行命令。當微處理器完成該過程時，系統(tǒng)將停用并進入超低 I Q睡眠周期。

圖 6 顯示了顯著的電流差異。在電池的整個生命周期內(nèi)，這種節(jié)省可能意味著數(shù)月甚至數(shù)年。

圖 5：使用超低 IQ LDO 和納米定時器框圖延長電池壽命的電源循環(huán)參考設(shè)計

圖6 ：睡眠模式和活動模式之間的比較

LDO 是低噪聲、易于實施的小尺寸電源解決方案的首選。由于它們的低靜態(tài)電流，它們還可以在使用正確的技術(shù)時對電源效率做出積極貢獻。