LDO穩壓芯片-內部框圖及選型參數

在電子設計中，我們經常需要用到不同的直流電壓給不同器件供電，其中用的最多的就是通過LDO穩壓芯片來實現得到不同的直流電壓輸出，因為成本低、性能好，且使用起來也很簡單，讓LDO穩壓芯片用的也越來越多，幾乎每款電子產品裏都有其身影。說它好用，是因為在普通設計裏，只需要加入合適的輸入電壓，和幾個濾波電容即可得到想要的輸出電壓，非常簡單，然而也正因為這看似簡單的用法，讓很多技術水平參差不齊的工程師不結合自己的具體設計情况，直接依葫蘆畫瓢照搬別人的設計或隨便找個芯片廠家推薦的應用圖來用，不重視器件工作原理和性能特征，雖然輸出電壓也能得到，也能正常工作，但裏面有很多設計隱患，隨時會出問題。今天讓我們擺正心態，重新全面認識下LDO穩壓芯片。

LDO穩壓芯片定義？

LDO即low dropout regulator，是一種低壓差、線性、穩壓器。

“低壓差”：輸入輸出壓降比較低，例如輸入3.3V，輸出可以達到3.2V。

“線性”：LDO內部的MOS管工作在線性電阻區間，這句話很重要，理解透也很重要。

“穩壓器”說明了LDO的用途是用來給電源穩壓。

我們常用的7805、1117系列等都是常用的LDO穩壓芯片，其實7805這種芯片dropout電壓大的不要不要的，當然1117系列dropout電壓也小不到哪去，但因其成本低、性能够用，還是很受大家歡迎的。目前低壓差做的好的能做到小於200mV，非常適合低電壓產品設計裏。這裏要强調的是LDO穩壓芯片有別於DC-DC穩壓芯片，DC-DC穩壓芯片偏重於將內部直流輸入交流化處理，工作方式和LDO穩壓芯片完全不同，類似開關電源性質。

LDO輸出為什麼穩定？

我們都知道LDO穩壓芯片搭好電路後輸出就是我們想要的值且穩定不變，那麼大家想過沒，為什麼輸出電壓穩定？這裏還是通過一個典型得LDO原理框圖來分析。

LDO典型內部原理框圖

上圖中看出了LDO芯片，內部為一個P-MOS管+一個運放+2個電阻+1個參考電壓源。

因此LDO核心架構：P-MOS+運放+參考電壓源，通過芯片內部已經設置好的電阻來達到調節P-MOS的輸出，而得到該芯片的輸出電壓。輸出電壓經過反饋電阻分壓到FB引脚，當輸出電壓高於設定值時，內部回路會改變驅動電壓，使得管子的導通壓降增大，從而降低輸出電壓。當輸出電壓低於設定值時，內部回路會改變驅動電壓，使得管子導通壓降减小，從而提高輸出電壓，形成一個完美的閉環負反饋回路，確保輸出電壓在帶負載工作時相對穩定在某一個值或範圍內。

LDO穩壓芯片重要性能參數

PSRR(電源電壓抑制比)

PSRR是許多LDO穩壓芯片數據手册中的公共技術要求，有些手册裏可能未列出該參數。它規定了某個頻率的AC元件從輸入到LDO輸出的衰减程度，通俗的講，是指LDO輸出對輸入紋波噪聲的抑制作用，這也是很多場合在DC/DC後級另加一顆LDO的原因（特別是後面接模擬傳感器或者ADC/DAC時）。高PSRR的LDO對輸出紋波的抑制效果還是很明顯的。下圖是某器件廠家給的PSRR特征圖。如何判斷LDO的PSRR參數是否足够呢，舉個簡單的例子，假設LDO前面的DC/DC的開關頻率是100khz，通過該器件得PSRR特征圖得知，100khz處的PSRR是50dB，假設前端DC/DC 紋波大小100mv，那LDO之後的紋波=100mv/10(50/20)=0.3mv，可見高PSRR特性的LDO穩壓芯片是多麼重要。

某LDO芯片PSRR特征圖

Noise（噪聲性能）

不同於PSRR，噪聲是指LDO自身產生的噪聲信號，低噪聲的LDO穩壓芯片可以很好的降低LDO產生的額外噪聲，輸出的電壓更純淨，噪聲一般計算出的值是有效值(rms)，也可以用peak to peak 來分析。

某LDO芯片噪聲特征圖

Low Dropout Voltage（低壓降）

上面開始也提到了這個參數，設計電路比如需要6v轉5v時，需要保持Low Dropout Voltage參數<1 v。性能突出的LDO一般壓降都很低，Vdropout可以做到<200mV。

Transient response(動態性能)

一些應用場合，負載變化劇烈，那麼這時候這個參數就非常重要了，除了通過增加輸出電容來確保動態性能外，也盡量選用動態性能好的LDO芯片。

某LDO芯片動態性能工作圖

Thermal（溫度性能）

大家都知道LDO工作效率相對DC-DC穩壓芯片而言很低，那怎麼去校驗一個LDO是否合適呢？首先計算功耗Pd=（Vin-Vout）Iout ，其次計算溫昇，一般芯片手册裏會說明溫度性能與溫昇的計算公式，總之一句話，不能因為LDO芯片帶負載工作時在指定的工作溫度範圍內燒壞了。這裏要强調的是不同的封裝，其LDO芯片的溫度性能是不一樣的。

IQ（即靜態電流）

一般電池供電的場合對靜態電流會有比較高的要求，一般LDO芯片的靜態電流的大小與芯片的其他性能成反關系，如低噪聲，高電源電壓抑制比，動態性能好的LDO靜態電流都偏大一些。低IQ的LDO做的好的話，<100nA。

怎樣？一個看似簡單的LDO穩壓芯片沒想到會有這麼多性能指標要考慮吧，在好的設計精湛的設計裏，每一個元器件的選用，所處比特置，值為多少，什麼型號，那都是重要而必要的，都有其科學性，不可隨意替換。參考原文：《LDO穩壓芯片，一個容易被忽略的重要器件》