• LDO概念

LDO，low dropout regulator，中文是低壓差線性穩(wěn)壓器，它內(nèi)部的一般結構如下圖：

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用到的元器件也比較簡單，一個串聯(lián)調(diào)整管VT，兩個分壓電阻R1，R2，放大器A，基準電壓REF部分，然后就可以把輸入和輸出連接起來，由R1和R2分壓得到的放大器的同相輸入端電壓為取樣電壓，放大器反相輸入端電壓為一個基準電壓，放大器的輸出用來驅(qū)動調(diào)整管，調(diào)整管的輸入輸出連接輸入輸出電壓。當輸出電壓Uout下降時，由R1和R2分壓的取樣電壓（即放大器的同相輸入端電壓）下降，因此放大器的輸出驅(qū)動電流增加，從而導致串聯(lián)調(diào)整管的壓降減小，即Uin-Uout減小，最終使Uout電壓上升。當輸出電壓Uout上升時同理。

• LDO應用

對于一些特定的應用，傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器不適合，因為輸入和輸出的壓差過低就無法使用，這時?LDO?類的電源轉換芯片才誕生了，幫助我們很好的解決了這個問題。

• LDO和DCDC的區(qū)別

差異簡單綜述

	LDO（低壓差穩(wěn)壓器）	DCDC（直流電壓轉換器）
優(yōu)點：	線性穩(wěn)壓器的成本低； 新型穩(wěn)壓器輸出電壓穩(wěn)定，紋波小； 穩(wěn)壓器靜態(tài)電流小； 輸出電路所用器件少。	效率高； 帶負載能力強； 可以升壓、降壓、升降壓； 瞬態(tài)反應比較快。
缺點	效率低下，發(fā)熱嚴重； 只能用于降壓應用； 輸入輸出電壓有限制； 負載不能過大，越大，功耗越低。	輸出電壓紋波大； 開關噪聲嚴重； 組成電路元件多； 占PCB面積大。

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• LDO的選型要點

技術參數(shù)

1、壓降：

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產(chǎn)生額定輸出電壓時，減小輸入電壓，輸出電壓下降到額定輸出電壓98%時，輸入輸出壓差即為dropout電壓，我們希望這個電壓越低越好。

2、負載調(diào)整率

反映了輸入固定情況下，LDO輸出電壓受負載電流變化的影響，定義公式如下：

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負載調(diào)整率和負載電流范圍有關，和LDO本身特性也有關，即為輸出端的微分電阻：

設放大器低頻增益為A，調(diào)整管跨導為gm:

得到：

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根據(jù)負載電路表達式，可以看出，負載電流變大，gm變大，ro表小，微分電阻變小

放大器低頻增益變大，微分電阻變大，提高了負載調(diào)整率。

3、線性調(diào)整率

反映了負載固定的情況下，輸入電壓對輸出電壓變化的影響，即

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主要的影響來自，輸入電壓變化，運放輸出端電壓變化(B)，調(diào)整管電流變化，環(huán)路增益變化，導致輸出電壓變化。

???

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因此提高線性調(diào)整率的方法就是，提高放大器地頻增益

4、瞬態(tài)特性

LDO的瞬態(tài)響應包括兩個方面：一是大信號響應速度，二是小信號響應速度，當輸出端電流發(fā)生大幅度跳變，電路首先發(fā)生的是大信號響應，輸出端電壓大幅度變化，運放發(fā)生轉換，功率管柵極電壓緩慢變化，直到電平接近靜態(tài)數(shù)值，電路表現(xiàn)為小信號響應，最終輸出電壓穩(wěn)定到一個固定值。

以下圖為例，當負載電流突然變大，輸出電壓在t1時間段有個Vdip的壓降，經(jīng)過t2的時間，由大信號響應轉換到小信號響應，最后t2末端恢復穩(wěn)定，兩種電流下輸出電壓有Vdiff的差異，是由于LDO有限的負載調(diào)整率導致的。

對于驅(qū)動數(shù)字電路的LDO，瞬態(tài)特性是個很重要的指標，因為電源電壓有個噪聲容限，超出門限會導致邏輯電平判斷錯誤。LDO的瞬態(tài)特性可以從兩個方面考慮，一個是負載電流發(fā)生變化時，輸出電壓變化量，一個是輸出電壓恢復到額定值所需要的時間。

對于外接大電容的LDO，由于電容存儲大量電荷，充放電電流可以滿足負載電流的突變，對比capless LDO，這是設計難點，有一些瞬態(tài)增強電路，這里不做解釋。

5、噪聲

噪聲分為兩類：內(nèi)部噪聲和外部噪聲。內(nèi)部噪聲是不可避免的，每個電子設備都會產(chǎn)生內(nèi)部噪聲。LDO 由理想的源供電，這意味著它不受外界影響，因此在輸入端沒有外部噪聲 (雖然 LDO 在輸出端確實有內(nèi)部噪聲)。外部噪聲是由外界影響(輸入處的紋波——實際源) 產(chǎn)生的各種噪聲。輸入波紋與電源抑制比 (PSRR) 有關。

6、電源抑制比

電源抑制比(Power Supply Rejection Ratio):把電源的輸入與輸出看作獨立的信號源，輸入與輸出的紋波比值即是PSRR，通常用對數(shù)形式表示，單位是dB。

PSRR=20log{[ripple(in)/ripple(out)]}

對于高質(zhì)量的D/A轉換器,要求開關電路及運算放大器所用的電源電壓發(fā)生變化時,對輸出的電壓影響極小.通常把滿量程電壓變化的百分數(shù)與電源電壓變化的百分數(shù)之比稱為電源抑制比.
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綜合考量

1. 輸入電壓和輸出電壓范圍。如果輸入輸出電壓差值很大，此時就應該選擇DCDC，效率高損耗低；如果選擇LDO器件，隨著輸入輸出壓差的增加，器件的效率一直下降，由此帶來的問題就是高發(fā)熱量；
2. 看預算。相同輸入輸出電壓的LDO可選擇時，確認研發(fā)以及生產(chǎn)的成本，成本如果可行的話，用便宜的，顯然LDO是不錯的選擇；首先單芯片的價格，DCDC貴，外加濾波電容、儲能電感、續(xù)流二極管，這些東西可是不便宜的。
3. 空間。PCB是項目最終需要拿出來的實物，所有的直插式、表貼式元件都是安裝在PCB板上的，如果空間足夠，看其他要求，有空間問題，LDO占用空間小于DCDC。
4. 看負載規(guī)格。像CPU、GPU、內(nèi)核電壓這種，需要很大的工作電流，此時LDO已經(jīng)不滿足條件了，因為前面說了，負載越大，損耗越多，這是兩者的工作原理決定的。
5. 看負載要求。對于LDO來說，紋波小，穩(wěn)定；對于DCDC來講，紋波大；所以想WiFi、藍牙、GPS等工作需要很小的紋波時，DCDC就派不上用處了，因為電源波動太大，超過IO口電壓容忍值，會導致后級負載對高低電平的判斷失誤。
6. 看輸出電壓規(guī)格。如果在一個應用中，需要輸出多路電源，電源值高于VCC和低于VCC，此時就需要DCDC了，應為DCDC可以利用電感升壓，利用電感降壓，可以同時滿足需求。
7. 看應用環(huán)境。電子電路工作的環(huán)境不一致，會導致芯片的表現(xiàn)差異巨大，壽命也會大大縮短，比如濕度、溫度等，而產(chǎn)品種類不一致，器件廠商不一致，則產(chǎn)品的使用環(huán)境是不一致的，這個需要看需求看電源手冊決定。

8. 看功率系數(shù)。輸入電壓、輸出電壓、最大用電電流決定了耗散在本體上的功率，而不同的封裝尺寸和PCB環(huán)境，散熱能力會有上限，如果本體上承載的功率超過了上限，那么就會燒毀。比如輸入3.3V，輸出1.2V，電流1A，那么耗散在LDO本體上的功率就有2.1W，那么就要查看這顆LDO的熱功率，在產(chǎn)品最高環(huán)境溫度下，散熱功率要足夠安全。
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特別關注：

?在LDO的輸出電容選擇中，都會有一個對電容ESR值的范圍的要求，以防止輸出震蕩的反生。要看LDO的設計要求，有些會要求ESR不能太小，否則會不穩(wěn)定，作者就曾遇到diods的LDO，輸出電容ESR比較小，造成輸出不穩(wěn)定，原廠明確回復是ESR太小了，要用EAR比較大的輸出電容；

深層的原因是LDO整個環(huán)路穩(wěn)定性的設計，不同的設計模型對應的ESR有限制(具體原理這里不展開了，單獨分析)，總體來說分兩類，ESR比較大，ESR比較小。所以要特別關注一下。

低ESR的電容充放電速度較快，如果穩(wěn)壓器的調(diào)節(jié)率不匹配的話，會發(fā)生振蕩從而失去穩(wěn)壓特性。