低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的主要參數(shù)有哪些呢？

在電子設(shè)計中，我們經(jīng)常需要用到不同的直流電壓給不同器件供電，其中廣泛常見的就是通過LDO穩(wěn)壓芯片來實現(xiàn)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，讓低壓差線性穩(wěn)壓器（下文簡稱LDO）用的也越來越多，幾乎每款電子產(chǎn)品里都有其身影。

說它好用，是因為在普通設(shè)計里，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也要工程師熟悉LDO的主要參數(shù)結(jié)合自己的具體設(shè)計。LDO是靠自身的反饋環(huán)路控制主功率管，與負(fù)載分壓，保持輸出端電壓的穩(wěn)定。不同于 DC-DC，LDO 的輸入電流，輸出電流，和負(fù)載電流相等，屬于串聯(lián)關(guān)系，因此 LDO 本身就是靠消耗一部分功率來維持輸出端的穩(wěn)定。

LDO 的主要參數(shù)

1、輸入電壓范圍

------考慮系統(tǒng)提供給 LDO 輸入的范圍，不能超過 LDO 最大可以承受的電壓，同時系統(tǒng)最低電壓時應(yīng)能保證 LDO 可以正常工作。

2、輸出電壓范圍

------考慮需要的輸出電壓，ADJ 的外部多兩個電阻，固定電壓輸出的會降低整體靜態(tài)功耗。

3、輸出電流（與內(nèi)部限流值相關(guān)）

------考慮需要的輸出電流，最好預(yù)留 1.5 倍的余量，因為系統(tǒng)中的耗電不是平穩(wěn)的，需要知道輸出電流的峰值，輸出電流的大小會直接影響到 LDO 的封裝的選擇。LDO 規(guī)格書一般標(biāo)稱的輸出電流，是指其內(nèi)部功率管的最小限流值，并不能認(rèn)為任何輸入輸出電壓下，都可以有輸出同樣電流的能力，因為 LDO 內(nèi)部一般有過熱保護(hù)，輸出電流受到 LDO 熱保護(hù)的約束。

4、最小壓差（與輸出電流值相關(guān)）

------因為 LDO 之所以能夠穩(wěn)壓，是靠內(nèi)部的主功率管與負(fù)載分壓的，老式的 LDO 主功率管是三極管工藝的，最小壓差大約為 1.5V，也就是說輸入電壓減去輸出電壓小于 1.5V 時，輸出電壓是無法維持穩(wěn)壓的?，F(xiàn)在的的 LDO 一般采用 CMOS 工藝，最小壓差大大降低，通常為數(shù)百毫伏，不過仍然需要注意，最小壓差跟此刻輸出的電流是息息相關(guān)的，因為主功率管有導(dǎo)通電阻，電流流過后會產(chǎn)生壓降，最小壓降與主功率管的面積是相關(guān)的，也決定了 LDO 的成本。一種有效表示最小壓差的方法是，在滿載時最小壓差是多少，然后歸一化為 XmV/mA。

5、輸出電壓精度

------通常以百分比的形式給出輸出電壓精度，給數(shù)字芯片或者普通的模擬電路供電，3% 以內(nèi)的精度足矣。做 ADC 的參考源時，需要采用1%精度。需要注意，采用固定電壓輸出的 LDO，其輸出電壓精度較為準(zhǔn)確，而 ADJ 版本的 LDO，外部的反饋電阻會直接影響輸出電壓精度，高要求時需要外部的反饋電阻為 1% 甚至 0.1% 精度的。

6、靜態(tài)電流

------靜態(tài)電流是指 LDO 負(fù)載不吸取電流時，也就是單從 LDO 的 GND 引腳流走的電流大小。一般小于 50uA 為低功耗 LDO，小于 5uA為超低功耗 LDO。靜態(tài)電流會影響 LDO 的噪聲，瞬態(tài)響應(yīng)等關(guān)鍵參數(shù)。越低功耗的 LDO，其噪聲越大，PSRR、瞬態(tài)響應(yīng)越差。

早期采用三極管工藝做的 78XX 和 1117 系列 LDO，靜態(tài)電流會隨著輸出電流的增大而明顯增大，因為三極管本身屬于一個流控器件?，F(xiàn)在采用的 CMOS 工藝，主功率管是 PMOS，屬于壓控器件，輸出電流增大并不會導(dǎo)致主功率管控制端電流的增大。不過 LDO 內(nèi)部的許多恒流源，誤差放大器帶寬的切換，還有一些保護(hù)電路，會隨著輸入電壓的高低，吸取的電流會變化，導(dǎo)致 LDO 的靜態(tài)電流會隨著輸出電流或者輸入電壓而發(fā)生變化。

上圖是潤石RS3236 的靜態(tài)電流，可以看到隨著輸出電流從0mA增加到100mA過程中，靜態(tài)電流在增加，此時誤差放大器的帶寬也在增加。

上圖是潤石 RS3002 的靜態(tài)電流，可以看到隨著輸出電流從0mA增加到150mA過程中，靜態(tài)電流僅輕微增加，因為RS3002 是超低功耗LDO，誤差放大器的帶寬不能設(shè)計的很寬。

7、PSRR （電源抑制比）

------電源抑制比是指 LDO 輸入端有交流紋波干擾時，經(jīng)過 LDO 后，輸出端還殘存多少，一般用 dB 值來表示。電源抑制比是頻率的函數(shù)，也就是輸入干擾頻率越高，電源抑制比越低，其一般跟 LDO 內(nèi)部的誤差放大器的開環(huán)增益，帶寬有很大關(guān)系。在高清攝像頭模組，高清晰音頻，微弱信號檢測等應(yīng)用，對電源抑制比的參數(shù)比較關(guān)注。

LDO 的 PSRR 曲線可以分為三段，低頻段主要受內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的影響，中頻段主要受內(nèi)部誤差放大器的開環(huán)增益曲線影響，在高頻段，PSRR 基本上與 LDO 內(nèi)部主要的器件無關(guān)了，主要是輸出濾波電容，輸出端的引線電感，還有 LDO 內(nèi)部的等效輸出阻抗在相互作用而表現(xiàn)出具有某個頻率點(diǎn)諧振的狀態(tài)。輸出電流越大，LDO 的 PSRR 越差。

潤石RS3005 實測的PSRR 曲線-63dB@1kHz

8、積分噪聲（10Hz-100kHz）

------與運(yùn)放一樣，LDO 內(nèi)部存在 1/f 噪聲和白噪聲，由于 LDO 內(nèi)部誤差放大器的帶寬通常小于 100kHz，因此業(yè)內(nèi)對 LDO 的噪聲描述都是從 10Hz-100kHz 的頻率。靜態(tài)電流越大，LDO 的噪聲越低，LDO 的噪聲主要由兩部分構(gòu)成，內(nèi)部的基準(zhǔn)源和誤差放大器。

所以很多低噪聲的 LDO，第 4 pin 接一個電容，用于降低內(nèi)部基準(zhǔn)源的噪聲。一般來說，LDO 空載時，內(nèi)部誤差放大器的帶寬很小，此時輸出噪聲較低。有負(fù)載接入時，隨著負(fù)載電流的增大，內(nèi)部誤差放大器的帶寬會增大，輸出噪聲會增大許多。

潤石高精度LDO RS3236 電路

第 4 pin BP 引腳無對地濾波電容

第 4 pin BP 引腳有 10nF 對地濾波電容

9、瞬態(tài)響應(yīng)

------瞬態(tài)響應(yīng)是指負(fù)載從一個電流跳到另一個電流時，LDO 輸出電壓瞬間變化的幅度，因為 LDO 內(nèi)部本質(zhì)上是一個負(fù)反饋系統(tǒng)，對于輸出的突然擾動，必然存在一個響應(yīng)的時間，LDO 的靜態(tài)電流越大，內(nèi)部負(fù)反饋的環(huán)路帶寬可以做的寬一點(diǎn)，則瞬態(tài)響應(yīng)就會更好，輸出電壓的波動更小，因為可以更快的響應(yīng)輸出的變化。

加大輸出濾波電容會改善 LDO 的瞬態(tài)響應(yīng)，因為更大的輸出電容可以瞬間提供充足的電荷給負(fù)載吸取，輸出電壓因此跌落更少。對于負(fù)載電流快速變化的負(fù)載來說，LDO 的瞬態(tài)響應(yīng)是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，許多 CPU 的核電壓，音視頻編解碼芯片，都屬于負(fù)載電流快速變化的負(fù)載，對紋波又要求苛刻，因此需要超快響應(yīng)速度的 LDO。

超快瞬態(tài)響應(yīng) LDO，輸出電流以 25kHz 頻率從 50mA 跳到 150mA，輸出電壓波動不超過 10mV

RS3005 實測瞬態(tài)響應(yīng)，從 10mA 跳到 50mA，頻率 1kHz，輸出電壓波動 17mV

LDO 的結(jié)構(gòu)

LDO的結(jié)構(gòu)主要包括啟動電路、恒流源偏置單元、使能電路、調(diào)整元件、基準(zhǔn)源、誤差放大器、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護(hù)電路等?；?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理是這樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時，電路開始啟動，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準(zhǔn)源電壓快速建立，輸出隨著輸入不斷上升，當(dāng)輸出即將達(dá)到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進(jìn)行放大，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負(fù)反饋，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變，即：

Vout=(R1+R2)/R2 ×Vref