挑选 LDO 的办法

挑选 LDO 的办法

便携运用在基本条件之外提出更多要求

　 在挑选低压降线性调理器(LDO) 时，需求考虑的基本问题包括输入电压规模、预期输出电压、负载电流规模以及其封装的功耗才能。可是，便携式运用需求考虑更多问题。接地电流或静态电流 （IGND 或 IQ）、电源波纹遏止比 (PSRR)、噪声与封装巨细一般是为便携式运用决议最佳 LDO 挑选的要素。

输入、输出以及下降电压
挑选输入电压规模能够习惯电源的LDO。下表列出了便携式设备所选用的、盛行的电池化学物质的电压规模。

在承认 LDO 是否能够供给预期输出电压时，需求考虑其压降。输入电压有必要大于预期输出电压与特定压降之和，即 VIN > VOUT + VDROPOUT。假如 VIN 下降至必需的电压以下，则咱们说 LDO 呈现”压降”，输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 RDS(on) 乘以负载电流。

需求留意压降时的功用改变。驱动旁路晶体管的差错放大器彻底翻开或许出于”待发状况”(cocked)，因而不发生任何环路增益。这意味着线路与负载调理很差。别的，PSRR 在压降时也会明显下降。

选用可供给预期输出电压的 LOD 作为节约外部电阻分压器本钱与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器材的输出电压。运用可调 LDO 能够设置输出，以供给内部参阅电压，其一般为 1.2V 左右，只需把输出衔接到反应引脚。请与厂商承认是否具有该功用。

负载电流要求
通考虑负载需求的电流量并据此挑选 LDO。请留意：额外电流为比方 150mA 的 LDO 或许会在短时刻内供给高出许多的电流。请查验最低输出电流限值标准，或许咨询有关厂商。

电池电压

封装与功耗
便携式运用实质存在空间约束，因而解决方案的巨细至关重要。裸片能够最小化尺度可是缺少封装的许多优势，如：维护、行业标准以及能够被现有安装架构轻松选用等特性。芯片级封装 (CSP) 能在供给裸片的尺度优势的一起还能够带来封装的许多优势。

在无线手持终端市场需求的推进下，CSP产品正不断移风易俗。例如，选用0.84 x 1.348-mm CSP的德州仪器 (TI) 200mA RF LDO（参见图1）估计将于9月份上市，其选用可完成轻松安装以及高板级可靠性的技能。

其他小型封装包括盛行的3x3mm SOT-23、小型2.13×2.3mm SC-70以及亚1毫米高度封装 (sub-1-mm-height package)、ThinSOT及无引线四方扁平封装 (QFN)。由于在下侧选用了能够在器材与PC板之间树立高效散热触摸的散热垫，QFN 因而可供给更好的散热特性。

请留意不要超越封装的最大功耗额外值。功耗能够选用PDISSIPATION = (VIN-VOUT)/(IOUT + IQ) 进行核算。一般来说，封装尺度越小，功耗越小。可是QFN封装能够供给极佳的散热功用，这种功用彻底可与尺度是其1.5～2倍的很多封装相媲美。

LDO拓扑与IQ
为了最大化电池的运转时刻，需求挑选相对于负载电流来说静态电流IQ较低的LDO。例如，考虑到IQ 只增加0.02％的微乎其微的电池耗费，在100mA负载状况下，一般选用200μA的IQ比较合理。

别的，还需求留意的是，由于电池放电特性，某些状况下压降会对电池寿数发生决议性影响。由于碱性电池放电速度较慢，其电源电压在压降状况下能够供给比NiMH电池更多的容量。有必要在 IQ 和压降之间细心权衡，以便在电池寿数期间取得最大的容量，因而，较低的IQ并不能一直确保长电池寿数。

需求留意IQ 在双极拓扑中的体现。IQ 不光随负载电流改变很大，并且在压降状况下会有所增加。

别的，需求留意在数据表中对IQ 是怎么规则的。某些器材是在室温条件下规则的，或许只供给显现IQ与温度联系的典型曲线。虽然这些状况有用，可是并不能确保最大的静态电流。假如IQ 比较重要，则需求挑选在一切负载、温度和工艺变量状况下都能确保IQ 的器材，并且需求挑选MOS类旁路器材。

输出电容器
典型LDO运用需求增加外部输入和输出电容器。挑选对电容器安稳性方面没有要求的LDO，能够下降尺度与本钱，别的还能够彻底消除这些元件。请留意，运用较低ESR的大电容器一般能够全面提高PSRR、噪声以及瞬态功用。

陶瓷电容器一般是首选，由于它们价格低并且毛病形式是断路，比较之下钽电容器比较贵重且其毛病形式是短路。请留意，输出电容器的等效串联电阻 (ESR) 会影响其安稳性，陶瓷电容器具有较低的ESR，大约为10豪欧量级，而钽电容器ESR在100豪欧量级。别的，许多钽电容器的ESR随温度改变很大，会对LDO功用发生晦气影响。假如温度改变不大，并且电容器和接地之间串联恰当的电阻（一般200m），能够替代陶瓷电容器而运用钽电容器。需求咨询LDO厂商以确保正确的施行。

RF与音频运用
终究，考虑便携式运用中所选用的、专用电路的功率要求。

RF电路（包括LNA（低噪声放大器）、升压/降压转换器、混频器、PLL、VCO、IF放大器和功率放大器），需求选用具有低噪声和高PSRR的LDO。在规划现代收发体系时应十分当心，以确保低噪声和高线性。

电源噪声会增加VCO的相位噪声，并且会进入接纳或发送放大器。在W-CDMA等盛行手机技能对频谱再生和邻道功率提出严格要求的状况下，进入放大器的基/栅或收集器/漏极电源的极少量电源噪声就会发生邻道噪声或假信号。

为了满意手机、MP3、游戏以及多媒体PDA运用等便携式设备中的音频需求，或许需求300～500mA的LDO。并且，为了取得杰出的音频质量，这种LDO在音频频率（20Hz~20kHz）时应该是低噪声并可供给高PSRR。

线性稳压器材补偿和波特图剖析

一个包括三个极点和一个零点的波特图将用来剖析增益和相位裕度。假定直流增益为80dB，第一个极点发生在100Hz处。在此频率时，增益曲线的斜度变为－20dB/十倍频程。1kHz处的零点使斜度变为0dB/十倍频程，到10kHz处增益曲线又变成－20dB/十倍频程。在100kHz处的第三个也是终究一个极点将增益斜度终究变为－40dB/十倍频程。

     也能够看到单位增益点（0dB）交点频率是1MHz。0dB频率一般称为回路带宽（loop bandwidth）。相位偏移图表明了零、极点的不同散布对反应信号的影响。依据散布的零极点核算相移的总和。在恣意频率（f）上的极点相移，能够经过下式核算取得：

    极点相移＝ －arctan(f/fp)

在恣意频率（f）上的零点相移，能够经过下式核算取得：

    零点相移＝ －arctan(f/fz)

此回路安稳么？为了答复这个问题，咱们只需求知道0dB时的相移（是1MHz）。底子无需杂乱的核算。

     前两个极点和第一个零点散布使相位从－180°变到＋90°，终究导致网络相位转变到－90°。终究一个极点在十倍频程中呈现了0dB点。运用零点相移公式，该极点发生了－84°的相移（在1MHz时）。加上本来的－90°相移，悉数的相移是－174°（也便是说相位裕度是6°）。该回路或许引起振动。

 NPN 稳压器补偿

NPN 稳压器的导通管的衔接方法是共集电极的方法。一切共集电极电路的一个重要特性便是低输出阻抗。也就意味着电源规模内的极点呈现在回路增益曲线的高频部分。由于NPN稳压器没有固有的低频极点，所以它运用了一种称为主极点补偿（dominant pole compensaTIon）的技能。此刻，在IC的内部集成了一个电容，该电容在环路增益的低频端增加了一个极点。

 NPN稳压器的主极点（P1）一般设置在100Hz处。100Hz处的极点将增益减小为－20dB/十倍频程直到3MHz处的第二个极点（P2）。在P2处，增益曲线的斜率又增加了－20dB/十倍频程。P2点的频率首要取决于NPN功率管及相关驱动电路，因而有时称此点为功率极点（power pole）。由于P2点在回路增益为－10dB处呈现，也就表明了0dB频率处（1MHz）的相位偏移会很小。

     为了承认安稳性，只需求核算0dB频率处的相位裕度：

    第一个极点（P1）会发生－90°的相位偏移，可是第二个极点（P2）只增加了－18°的相位偏移（1MHz处）。也便是说0dB点处的相位偏移为－108°，相位裕度为72°（十分安稳）。应该提起留意的是，回路很显然是安稳的。由于需求两个极点才有或许使回路要到达－180°的相位偏移（不安稳点），而P2又散布在高频方位，它在0dB处的相位偏移就很小了。

 LDO 稳压器的补偿

    LDO稳压器中的PNP导通管的接法为共射方法（common emitter）。它相对共集电极方法有更高的输出阻抗。由于负载阻抗和输出容抗的影响在低频程处会呈现低频极点（low－frequency pole）。此极点（称为负载极点（load pole）用Pl表明）的频率由下式取得：

F(Pl) ＝1/(2π×Rload×Cout)。从此式可知，不能经过简略的增加主极点的方法完成补偿。

 为了解说为什么会这样，先假定一个5V/50mA的LDO稳压器有下面的条件：

在最大负载电流时，负载极点（Pl）呈现的频率为：

Pl＝1/(2π×Rload×Cout)＝1/(2π×100×10-5)＝160Hz

假定内部的补偿在1kHz处增加了一个极点。由于PNP功率管和驱动电路的存在，在500kHz处会呈现一个功率极点（Ppwr）。

假定直流增益为80dB。Rl ＝100Ω（在最大负载电流时的值），Cout＝10uF。

      能够看出回路是不安稳的：极点PL和P1每个都会发生－90°的相移。在0dB处（此例为40kHz），相移到达了－180°为了削减负相移（阻挠振动），在回路中有必要要增加一个零点。一个零点能够发生＋90°的相移，它会抵消两个低频极点的部分影响。基本上一切的LDO稳压器都需求在回路中增加这个零点。该零点一般是经过输出电容的一个特性：等效串联电阻（ESR）取得的。

 运用ESR补偿LDO

等效串联电阻（ESR）是每个电容共有的特性。能够将电容表明为电阻与电容的串联。输出电容的ESR在回路增益中发生一个零点，能够用来削减负相移。零点呈现的频率值与ESR和输出电容值直接相关：Fzero＝ 1/(2π×Cout×ESR)。运用上一节的比如，咱们假定输出电容值Cout＝10uF并且输出电容的ESR＝1Ω。则零点发生在16kHz。

   增加此零点怎么使不安稳体系变为安稳体系：

      回路的带宽增加了所以0dB的交点频率从30kHz移到了100kHz。到100kHz处该零点一共增加了＋81°相移。也便是削减了PL和P1形成的负相移。由于极点Ppwr处在500kHz，在100kHz处它仅增加了－11°的相移。累积一切的零、极点，0dB处的总相移现在为－110°。也便是有＋70°的相位裕度，体系十分安稳。这也就解说了具有正确ESR值的输出电容是能够发生零点来安稳LDO体系的