【好书共读——《硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计》】——05 LDO介绍

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硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计

——线性稳压电源LDO介绍

 

        在日常电路设计中，工程师们常常会使用到线性稳压电源（LDO）用于低电源噪声需求的负载供电。通常，LDO在高压差下效率低但噪声小的特点，因此工程师常常在设计中将LDO的输入与输出之间的压差调小，以提升转换效率。

        LDO可以分为NMOS LDO和PMOS LDO，NMOS LDO的系统框图如图1所示，PMSO LDO的系统框图如图2所示，LDO主要由MOS管、运算放大器、误差放大器、反馈电路、VREF电路、温度反馈电路、时钟电路、放电电路组成。NMOS LDO和PMOS LDO相比，系统框图中多了一个BIAS引脚，这主要是MOS驱动压差导致的。LDO中的MOS管大致可以等效为可变电阻，但需要注意的是MOS管是工作在饱和区而非可变电阻区。

图 1 NMOS LDO系统框图

图 2 PMOS LDO 系统框图

        在NMOS LDO中，BIAS引脚一般给NMOS的栅极提供高压，以确保MOS管可以正常导通，处于饱和区。有时候NMOS LDo IC 不会将BIAS引脚伸出，IC内部会采用电荷泵将Vin升压，以确保NMOS导通。NMOS LDO的工作流程如下所示，VIN输入电压，此时VSG>0，NMOS导通。误差放大器根据反馈电阻将Vout调节到设定电压，当Vout变大时，反馈电阻分压变大，误差放大器输出变小，Vout随之变小，反之Vout随之变大。同理，当输出电流变化时，表现为电压变大或者变小，反馈电路也可以立刻产生变化，以确保LDO输出稳定。

        PMOS LDO框图与NMOS LDO基本相似，但由于NMOS导通电阻小，PMOS导通电阻大的特性，NMOS LDO经常被应用到大电流输出场景，PMOS LDO被应用到低噪声应用场景。在工作原理上，PMOS LDo与NMOS LDO基本一致，都是通过反馈电路和误差放大器形成负反馈，对输出电压VOUT进行调节。

        那么，LDO的主要参数都有哪些呢？接下来我们将一一介绍压差、效率、PSRR、线性调整率、负载调整率、静态功耗、结温等参数。

        压差，Dropout Voltage，当LDO工作在正常模式下时，MOS管工作在饱和区，此时漏极D和源极S之间存在电压差，这个电压被称为Vdrop。如果需要LDO工作在正常模式下，那么就需要满足Vdrop≥VIN-VOUT。LDO在不同输出电流场景下Vdrop存在差异，一般情况下，工程师会按照LDO最大输出电流场景设计Vdrop，且会预留20%以上的余量。目前，市场长LDO的Vdrop一般在100~200mV之间，一些特殊的LDO可以做到20~50mV。

        效率，即LDO的转换效率。LDO的转换效率一般取决于输入电压、输出电压，两者的电压差值在满足Vdrop的情况下越小，LDO转换效率越高。转换效率的计算公式为：Vout/Vin。

        PSRR（Power Supply Rejection Ratio），电源抑制比，这是电源的重要参数之一，表示LDO对输入电源纹波的抑制能力，PSRR最大越好。在IC的数据手册中，有的PSRR是正值，有些是负值，而工程师需要关注的是他们的绝对值，绝对值越大表示LDO对输入纹波的抑制能力越强。

        线性调整率（Line Transient Response），这是指在输入电流恒定，当输入电压阶跃变化，对输处电压的影响程度，也就是LDO对输入瞬态电压的响应能力。LDO性能越好，其输入瞬态电压的抑制能力越强，对输出电压影响就越小。

        负载调整率（Load Transient Response），这是指在输入电压恒定，当输出负载电流突然发生变化时LDO输出电压的变化，表示着LDO的输出瞬态响应能力。

除了以上五个重要参数外，工程师常常还会考虑LDO的静态功耗和结温。静态功耗表示LDO输出电流为0时，其自身电流损耗，系统级电路要求越低越好，当然需要考虑成本。结温则表示LDO在正常工作时，MOS管可承受的最大温度，这个参数在LDO提供长时间大电流场景尤为重要，关系着系统的稳定性。

maychang

前一种N沟MOS管构成的稳压器（源极输出），对应于NPN双极型三极管构成的稳压器（发射极输出），很难做到低压差。所以这类稳压器并不称为LDO，至少前些年是这样。只有漏极输出（双极型工艺则是集电极输出）的才能够做到低压差，称为LDO。

不过，如今好像不大详细区分了。

秦天qintian0303

LDO，低压差稳压器，重点就是压差低  

Maker_kun

LDO在EMC设计方面也有较大优势