低壓差穩(wěn)壓器（LDO）在系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　理解線性穩(wěn)壓器要求

　　LDO用于數(shù)字負(fù)載：像ADP170和ADP1706這類數(shù)字線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)用于支持系統(tǒng)的主要數(shù)字要求，通常是微處理器內(nèi)核和系統(tǒng)輸入/輸出(I/O)電路。用于DSP和微控制器的LDO必須具有較高的效率，并能處理快速變化的大電流。更新的應(yīng)用要求給數(shù)字LDO造成了巨大的壓力，因?yàn)樘幚砥鲀?nèi)核為了節(jié)能而經(jīng)常改變時(shí)鐘頻率。為了響應(yīng)軟件導(dǎo)致的負(fù)載變化而發(fā)生的時(shí)鐘頻率變化對LDO的負(fù)載調(diào)整功能提出了嚴(yán)格的要求。

　　數(shù)字負(fù)載的重要特征有線路調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，以及瞬態(tài)下沖和過沖。在給低電壓的微處理器內(nèi)核供電時(shí)，精確的輸出控制總是非常重要，沒有足夠的調(diào)整率將致使內(nèi)核閉鎖。數(shù)據(jù)手冊中并不總是提供上述參數(shù)，瞬態(tài)響應(yīng)圖形也許表現(xiàn)出對瞬態(tài)信號不錯(cuò)的上升和下降響應(yīng)速度。線路和負(fù)載調(diào)整率有兩種方式表述：一種是輸出電壓隨負(fù)載變化的偏離百分比，實(shí)際的V/I值，或者在規(guī)定負(fù)載電流條件下同時(shí)用兩者表示。

　　為了節(jié)省功耗，數(shù)字LDO需要具有較低的Iq以延長電池壽命。便攜系統(tǒng)有很長時(shí)間軟件處于空閑狀態(tài)，這段時(shí)間系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)。在不活動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入睡眠狀態(tài)——要求LDO關(guān)閉，消耗電流不到1 µA。當(dāng)LDO處于睡眠模式時(shí)，所有電路(包括帶隙參考)都將被關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)回到活動(dòng)模式時(shí)，要求快速啟動(dòng) ——在此期間數(shù)字供電電壓必須不產(chǎn)生過高的過沖。過高的過沖將導(dǎo)致系統(tǒng)閉鎖，有時(shí)需要拔出電池或按下主復(fù)位按鈕才能解決問題，并重啟系統(tǒng)。

　　LDO用于模擬和射頻負(fù)載: 像ADP121和ADP130具有的低噪聲和高電源抑制(PSR)性能對模擬環(huán)境中使用的LDO來說非常重要，因?yàn)槟M器件比數(shù)字器件對噪聲更敏感。模擬LDO需求的主要來自無線接口要求——不損傷接收器或發(fā)送器，并在音頻系統(tǒng)中不產(chǎn)生爆破音或嗡嗡聲。無線連接非常容易受噪聲的影響，如果噪聲干擾到信號，接收器的效果將大打折扣。在考慮模擬線性穩(wěn)壓器時(shí)，器件要能抑制來自上游電源和下游負(fù)載的噪聲，而且自身不增加噪聲，這一點(diǎn)很重要。

　　模擬穩(wěn)壓器噪聲的測量值用電壓有效值(rms)和PSR表示，后者代表了抑制上游噪聲的能力。增加額外的濾波器或旁路電容可以減小噪聲，但增加了成本和體積。仔細(xì)和靈活的LDO內(nèi)部設(shè)計(jì)也有助于噪聲降低和電源噪聲抑制。在選擇LDO時(shí)，對涉及每個(gè)系統(tǒng)所需的總體性能的產(chǎn)品細(xì)節(jié)進(jìn)行檢查很重要。

　　關(guān)鍵的LDO指標(biāo)和定義

　　備注：制造商數(shù)據(jù)手冊首頁一般是一些摘要信息，通常突出了一些吸引人的器件特性。關(guān)鍵參數(shù)經(jīng)常強(qiáng)調(diào)典型的性能特征，但只有查閱了文檔中的完整指標(biāo)和其它數(shù)據(jù)后才能得到更完整的理解。另外，由于制造商提供指標(biāo)的方式幾乎沒有標(biāo)準(zhǔn)可言，因此電源設(shè)計(jì)師需要理解用來獲得電氣指標(biāo)表格中列出的關(guān)鍵參數(shù)的定義和方法。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師應(yīng)該密切關(guān)注關(guān)鍵參數(shù)，如環(huán)境和結(jié)點(diǎn)溫度范圍、圖形信息中的X-Y刻度值 、負(fù)載、瞬態(tài)信號的上升和下降時(shí)間以及帶寬。下面討論與ADI公司LDO的表征和應(yīng)用有關(guān)的一些重要參數(shù)。

　　輸入電壓范圍：LDO的輸入電壓范圍決定了最低的可用輸入電源電壓。指標(biāo)可能提供寬的輸入電壓范圍，但最低輸入電壓必須超過壓降加上想要的輸出電壓值。例如，150mV的壓降對于穩(wěn)定的2.8V輸出來說意味著輸入電壓必須大于2.95V。如果輸入電壓低于2.95V，輸出電壓將低于2.8V。

　　接地(靜態(tài))電流：靜態(tài)電流Iq就是輸入電流IIN和負(fù)載電流IOUT之間的差值，在規(guī)定的負(fù)載電流條件下測量。對于固定電壓穩(wěn)壓器，Iq等于接地電流Ig。對于可調(diào)穩(wěn)壓器，如ADP1715，靜態(tài)電流等于接地電流減去來自外部分壓電阻網(wǎng)絡(luò)中的電流。

　　關(guān)斷電流：這是指設(shè)備禁用時(shí)LDO消耗的輸入電流，對便攜LDO來說通常低于1.0 µA。這個(gè)指標(biāo)對于便攜設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)長待機(jī)期間的電池壽命來說很重要。

　　輸出電壓精度：ADI公司的LDO具有很高的輸出電壓精度，在工廠制造時(shí)就被精確調(diào)整到±1%之內(nèi)(25℃)。輸出電壓精度在工作溫度、輸入電壓和負(fù)載電流范圍條件下加以規(guī)定。誤差規(guī)定為±x%最差情況。

　　線路調(diào)整率：線路調(diào)整率是指輸出電壓隨輸入電壓變化而發(fā)生的變化率。為了避免由于芯片溫度變化引起的誤差，線路調(diào)整率的測量通常在低功耗狀態(tài)或使用脈沖技術(shù)進(jìn)行。

　　動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整率：只要負(fù)載電流緩慢變化，大多數(shù)LDO都能輕松地保持輸出電壓接近恒定不變。然而，當(dāng)負(fù)載電流快速改變時(shí)，輸出電壓也將發(fā)生改變。當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)輸出電壓會(huì)改變多少就決定了負(fù)載瞬態(tài)性能。

　　壓差：壓差指保持電壓穩(wěn)定所需的輸入電壓和輸出電壓之間的最小差值。也就是說，LDO能夠在輸入電壓降低時(shí)保持輸出負(fù)載電壓不變，直到輸入電壓接近輸出電壓加上壓差，在這個(gè)點(diǎn)輸出電壓將“失去”穩(wěn)定。壓差應(yīng)盡可能小，以使功耗最小，效率最高。當(dāng)輸出電壓降低到低于標(biāo)稱值 100mV的電壓時(shí)，通常被認(rèn)為達(dá)到了這個(gè)壓差。負(fù)載電流和結(jié)點(diǎn)溫度會(huì)影響這個(gè)壓差。最大壓差值應(yīng)在整個(gè)工作溫度范圍和負(fù)載電流條件下加以規(guī)定。

　　啟動(dòng)時(shí)間：啟動(dòng)時(shí)間被定義為使能信號的上升沿到VOUT接近其標(biāo)稱值的90%時(shí)的時(shí)間。這個(gè)測試通常是接上VIN、使能引腳從斷開到接通的觸發(fā)條件下進(jìn)行測量。備注：在使能引腳連接VIN的某些情況下，啟動(dòng)時(shí)間可能會(huì)大幅增加，因?yàn)閹秴⒖夹枰欢ǖ姆€(wěn)定時(shí)間。在穩(wěn)壓器需要頻繁關(guān)閉和啟動(dòng)以節(jié)省功耗的便攜系統(tǒng)中，穩(wěn)壓器的啟動(dòng)時(shí)間是一個(gè)重要的考慮因素。