【好书共读——《硬件设计指南：从器件认知到手机基带设计》】——06 LDO应用

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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的应用

 

        在上一节中，我们介绍了NMOS LDO和PMOS LDO以及他们的区别，同时阐述了LDO的压差、效率、PSRR、线性调整率、负载调整率、静态功耗、结温等参数。那么，在实际电路设计中，LDO应该如何运用？

1、LDO的压差如何选择？PCB应该如何走线？

        在电路设计过程中，对压差存在影响的因素主要有两点：LDO自身压差范围和PCB走线阻抗。LDO自身压差范围，这个在IC内部已经确定，在数据手册中压差已经标定。因此，工程师需要在电路设计中根据需求选择合适的LDO。那么PCB走线阻抗应该如何控制？它对压差存在多少影响？简单来讲，PCB走线阻抗将对LDO前级电源输出电压值和LDO到负载的电压值产生影响。如果PCB走线又细又长，那么走线上的电阻R将变大，线路还是那个的电压跌落将变大，这就会影响LDO的稳定性、PSRR、线性调整率和负载调整率。因此，在PCB走线设计时，我们需要减小走线阻抗，降低线路损耗。

2、为什么部分LDO输出会并联电阻到地？

        在日常设计过程中，我们常常会发现部分厂家的LDO需要输出电阻到地，才能确保电源正常工作。这主要时和LDO和负载的工作模式有关，两者都存在低功耗模式和正常工作模式。LDO在正常模式和低功耗模式之间切换存在一个电流阈值，当负载处于正常工作模式时，LDO输出大电流处于正常模式，同样的负载和电源也会一起进入到低功耗模式。但是，当负载突然从低功耗模式切换到正常模式时，LDO切换模式需要时间，这种响应不足可能导致系统发生异常。因此，工程师们常常在LDO输出并联电阻到地，以保证LDO工作在正常模式下，不会进入到低功耗模式。这种方式就会带来功耗变大，现在大多数高通的LDO内部可以通过寄存器配置将LDO设置为正常工作模式，而非低功耗模式。

3、是什么原因导致LDO输出不稳定？

        有些工程师在设计LDO电路时，发现输出不稳定，更换输出电容后，LDO输出恢复正常。那么这个问题是电容的什么参数导致的呢？

        LDO的输出电容对LDO性能至关重要，处理可会提升PSRR、抑制噪声外还关系着LDO的环路稳定性。电容除了容值之外，它还有ESR、ESL等参数。输出电容的ESR与反馈电阻、补偿网络等相互作用，可能对反馈环路的稳定性产生影响。ESR的存在可以改变系统的传递函数和极点分布，可能导致系统出现振荡、震荡或不稳定的情况。此外，ESR还可能会对LDO的相位裕度、频率响应和带宽以及功耗等产生影响。因此，在选择LDO输出电容时，需要选择满足数据手册ESR、ESL要求的电容，不能太大也不能太小，否则将会导致LDO性能出现异常。