作者：Glenn Morita 低壓差穩(wěn)壓器(LDO)看似簡單，但可提供重要功能，例如將負(fù)載與不干凈的電源隔離開來或者構(gòu)建低噪聲電源來為敏感電路供電。 本簡短教程介紹了一些常用的LDO相關(guān)術(shù)語，以及一些基本概念，如壓差、裕量電壓、靜態(tài)電流、接地電流、關(guān)斷電流、效率、直流輸入電壓和負(fù)載調(diào)整率、輸入電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、電源抑制比(PSRR)、輸出噪聲和精度。同時(shí)，為了方便理解，文中采用了示例和插圖。 設(shè)計(jì)過程中通常到后期才會進(jìn)行LDO選型，并且很少進(jìn)行分析。本文所述的概念將使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)系統(tǒng)要求挑選最佳的LDO。 壓差 壓差(VDROPOUT)是指輸入電壓進(jìn)一步下降而造成LDO不再能進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的輸入至輸出電壓差。在壓差區(qū)域內(nèi)，調(diào)整元件作用類似于電阻，阻值等于漏極至源極導(dǎo)通電阻(RDSON)。壓差用RDSON和負(fù)載電流表示為： VDROPOUT = ILOAD × RDSON RDSON包括調(diào)整元件電阻、片內(nèi)互連電阻、引腳電阻和線焊電阻，并可通過LDO的壓差進(jìn)行估算。例如，采用WLCSP封裝時(shí)，ADP151在200 mA負(fù)載下的最差情況壓差為200 mW，因此RDSON約為1.0 Ω。圖1所示為LDO的原理示意圖。在壓差模式下，可變電阻接近于零。LDO無法調(diào)節(jié)輸出電壓，因此輸入電壓和負(fù)載調(diào)整率、精度、PSRR和噪聲等其他參數(shù)都沒有意義。 圖1. LDO的原理示意圖 圖2顯示了3.0 V ADM7172 LDO的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。2 A時(shí)的壓差通常為172 mW，因此RDSON約為86 mΩ。壓差區(qū)域從約3.172 V的輸入電壓下降到2.3 V。低于2.3 V時(shí)，該器件不能正常工作。負(fù)載電流越小，壓差也會按比例下降： 在1 A時(shí)，壓差為86 mV。低壓差可最大程度地提高調(diào)節(jié)器的效率。 圖2. 3.0 V ADM7172 LDO的壓差區(qū) 裕量電壓 裕量電壓是指LDO滿足其規(guī)格所需的輸入至輸出電壓差。數(shù)據(jù)手冊通常將裕量電壓作為指定其他參數(shù)時(shí)所用的條件。裕量電壓通常約為400 mV至500 mV，但有些LDO需要高達(dá)1.5 V的裕量電壓。裕量電壓不應(yīng)與壓差混淆，因?yàn)橹挥挟?dāng)LDO在壓差模式下工作時(shí)這兩者才相同。 靜態(tài)電流和接地電流 靜態(tài)電流(IQ)是指當(dāng)外部負(fù)載電流為零時(shí)為LDO的內(nèi)部電路供電所需的電流。它包括帶隙基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、輸出分壓器以及過流和過溫檢測等電路的工作電流。靜態(tài)電流由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輸入電壓和溫度確定。 IQ = IIN（空載時(shí)） 當(dāng)輸入電壓在2 V和5.5 V之間變化時(shí)，ADP160 LDO的靜態(tài)電流幾乎恒定不變，如圖3所示。 圖3. ADP160 LDO的靜態(tài)電流與輸入電壓之間的關(guān)系 接地電流(IGND)是指輸入電流與輸出電流之差，并且必然包括靜態(tài)電流。低接地電流可最大程度地提高LDO效率。 IGND = IIN – IOUT 圖4顯示了ADP160 LDO的接地電流變化與負(fù)載電流之間的關(guān)系。 圖4. ADP160 LDO接地電流與負(fù)載電流之間的關(guān)系 對于高性能CMOS LDO，接地電流通常遠(yuǎn)小于負(fù)載電流的1%。接地電流隨負(fù)載電流的增加而增加，因?yàn)镻MOS調(diào)整元件的柵極驅(qū)動(dòng)必須增加，以補(bǔ)償因其RON引起的壓降。在壓差區(qū)域內(nèi)，在驅(qū)動(dòng)器級開始飽和時(shí)，接地電流也會增加。對于要求具有低功耗或小偏置電流的應(yīng)用而言，CMOS LDO至關(guān)重要。 關(guān)斷電流 關(guān)斷電流是指輸出禁用時(shí)LDO消耗的輸入電流。參考電路和誤差放大器在關(guān)斷模式下都不上電。較高的漏電流會導(dǎo)致關(guān)斷電流隨溫度升高而增加，如圖5所示。 圖5. ADP160 LDO關(guān)斷電流與溫度之間的關(guān)系 效率 LDO的效率由接地電流和輸入/輸出電壓確定： 效率 = IOUT/(IOUT IGND) × VOUT/VIN × 100% 若需獲得較高的效率，必須最大程度地降低裕量電壓和接地電流。此外，還必須最大程度地縮小輸入和輸出之間的電壓差。輸入至輸出電壓差是確定效率的內(nèi)在因素，與負(fù)載條件無關(guān)。例如，采用5 V電源供電時(shí)，3.3 V LDO的效率從不會超過66%，但當(dāng)輸入電壓降至3.6 V時(shí)，其效率將增加到最高91.7%。LDO的功耗為(VIN – VOUT) × IOUT。 直流負(fù)載調(diào)整率 負(fù)載調(diào)整率衡量LDO在負(fù)載條件變化時(shí)仍保持額定輸出電壓的能力。負(fù)載調(diào)整率定義如下（如圖6所示）： 負(fù)載調(diào)整率 = ΔVOUT/ΔIOUT 圖6. ADM7172 LDO輸出電壓和負(fù)載電流之間的關(guān)系 直流輸入電壓調(diào)整率 輸入電壓調(diào)整率是衡量LDO在輸入電壓變化時(shí)仍保持規(guī)定輸出電壓的能力。輸入電壓調(diào)整率定義為：