如何選擇恰當的超低靜態(tài)電流LDO穩(wěn)壓器

　　電子應用設計人員現今面臨的一項極重要挑戰(zhàn)是將電子系統能耗降至最低。為了達到此目的，大多數系統利用不同的低功率模式，幫助降低整體功耗。在利用不同工作模式時，系統供電電流差異極大，低者如休眠模式下僅為數微安(μA)或不足1微安，高者如完整功率模式下達數十毫安(mA)甚至數百毫安。低壓降線性穩(wěn)壓器(通常簡稱為LDO)是任何電源系統的常見構建模塊，而線性穩(wěn)壓器的選擇對系統總體能耗有重要影響。不僅如此，系統設計常常要求LDO不僅具有超低靜態(tài)電流特性，還應當提供良好的動態(tài)性能，確保提供穩(wěn)定及無噪聲的電壓輸入端，適合敏感電路應用。這些要求還常常相互排斥，為IC設計人員帶來切實的挑戰(zhàn)。因此，市場上同時滿足兩方面要求的LDO為數不多。

　　本文將探討在選擇LDO時需要在提供低IQ與良好動態(tài)性能之間進行的折衷，及現時一些能達至可接受的平衡的技巧。

　　選擇LDO時要顧及的因素

　　為低功率應用選擇線性穩(wěn)壓器時，工程師主要搜尋符合他們輸入電壓及輸出電流規(guī)格的超低IQ(本文的定義是靜態(tài)電流IQ<15 μA) LDO。當根據IQ規(guī)格來進行選擇可提供一些很好的LDO電流消耗相關的初始信息，但IQ相同或近似的兩款LDO在動態(tài)性能方面可能差異很大。如果我們回想起來IQ的定義是沒有施加任何負載條件下的接地電流消耗，那么IQ就變成一個實際參數了。在實際案例中，可能更適宜于查看極輕載條件下的接地電流消耗(數微安至數百微安)。需要說明的是，在評估不同制造商的各種LDO產品后，不難發(fā)現數據表中的IQ規(guī)格僅針對的是完美的空載條件，而非較真實的10至100 μA輸出負載。某些時候，知道與輸入電壓或溫度相關的接地電流特性也有實質意義。市場上某些穩(wěn)壓器在輸入電壓下降時接地電流明顯增大，LDO進入其壓降區(qū)。在選擇用于電池供電設備的LDO時，這可能是重要因素。其它意料之外的電流消耗可能對產品有負責影響，大幅縮短電池使用時間。如果應用在大部分時間處于空閑或休眠狀態(tài)，僅消耗極小電流，這種意料之外的影響就尤為嚴重了。設計人員應常閱讀數據表的IQ規(guī)格，而且若有可能，在決定選擇某個特定LDO之前，還要審查相關的IQ與ILOAD對比圖表。

　　超低IQ LDO的動態(tài)性能參數

　　影響超低IQ LDO穩(wěn)壓器動態(tài)性能參數主要有兩項因素。一是使用的技術節(jié)點。安森美半導體的大多數超低IQ LDO采用的是先進的CMOS或BiCMOS技術，并提供針對低功耗、高速電源管理IC優(yōu)化的特定工藝流程。雖然恰當的技術選擇必不可少，但很明顯的是，這還不能確保LDO穩(wěn)壓器具有良好的動態(tài)性能。確定最終性能的第二個關鍵是設計LDO時應用的設計技術，而這來自于此領域的設計經驗。安森美半導體在這個領域擁有40多年的經驗，最新世代的器件同時提供超低噪聲、良好的電源抑制比(PSRR)及超低IQ。為了詳細闡明這一點，下文將探討不同類型穩(wěn)壓器的動態(tài)性能。　　

 　　不同類型的超低IQ LDO簡介

　　1) 恒定偏置LDO穩(wěn)壓器
　　傳統上的超低IQ CMOS LDO使用恒定偏置(constant biasing)原理。這表示在能夠提供的輸出電流范圍內，接地電流消耗保持相對恒定。如MC78LC或NCP551器件，各自的接地電流IGND(或靜態(tài)電流IQ)分別為1.5 μA和4 μA。這些器件非常適合性能要求相對不那么嚴格的電池供電應用。它們的主要劣勢是動態(tài)性能較差，如負載及線路瞬態(tài)、PSRR或輸出噪聲等。通常可以使用較大的輸出電容來調節(jié)動態(tài)性能。圖1顯示了通過將輸出電容由1 μF增加至100 μF來改善MC78LC的負載瞬態(tài)過沖及欠沖。

　　但提升輸出電容COUT并不總是能夠提供想要的性能，甚至還可能更麻煩，因可能需要增加額外保護二極管，或某些應用要求快速設定時間、小尺寸方案或小浪涌電流。在這些情況下，推薦使用后文提到的一些更新的LDO。

　　2) 正比例偏置LDO穩(wěn)壓器
　　為了改善恒定偏置(恒定IGND) LDO較弱的動態(tài)性能，一些相對較新器件的接地電流與輸出電流成正比例地變化。這樣的LDO有如安森美半導體的NCP4681及NCP4624，兩者的典型靜態(tài)電流分別為1 μA和2 μA。圖2顯示了正比例IGND LDO所使用的概念。這些器件被設計為在輸出電流IOUT > 2 mA時IGND開始上升。這就確保LDO在輕載時的電流消耗實際上恒定，符合數據表中的IQ規(guī)格。