选择 LDO 的方法
选择 ldo 的方法
便携应用在基本条件之外提出更多要求
在选择低压降线性调节器(ldo) 时，需要考虑的基本问题包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。但是，便携式应用需要考虑更多问题。接地电流或静态电流 （ignd 或 iq）、电源波纹抑止比 (psrr)、噪声与封装大小通常是为便携式应用决定最佳 ldo 选择的要素。 输入、输出以及降低电压
选择输入电压范围可以适应电源的ldo。下表列出了便携式设备所采用的、流行的电池化学物质的电压范围。
在确定 ldo 是否能够提供预期输出电压时，需要考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即 vin > vout + vdropout。如果 vin 降低至必需的电压以下，则我们说 ldo 出现压降，输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 rds(on) 乘以负载电流。
需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于待发状态(cocked)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，psrr 在压降时也会显著降低。
选用可提供预期输出电压的 lod 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调 ldo 可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为 1.2v 左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。
负载电流要求
通考虑负载需要的电流量并据此选择 ldo。请注意：额定电流为比如 150ma 的 ldo 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。
电池电压
电池的化学成分 电压范围
锂离子/锂聚合物 2.7～4.2v（额定3.6v）
nimh/nicd 0.9～1.5v（额定1.2v）
aa/aaa 0.9～1.5v（额定1.5v）
封装与功耗
便携式应用本质存在空间限制，因此解决方案的大小至关重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封装的诸多优势，如：保护、行业标准以及能够被现有装配架构轻松采用等特性。芯片级封装 (csp) 能在提供裸片的尺寸优势的同时还可以带来封装的许多优势。
在无线手持终端市场需求的推动下，csp产品正不断推陈出新。例如，采用0.84 x 1.348-mm csp的德州仪器 (ti) 200ma rf ldo（参见图1）预计将于9月份上市，其采用可实现轻松装配以及高板级可靠性的技术。
图1：与sot-23和sc-70封装相比，采用芯片级封装的ldo同时具备裸片尺寸优势与封装优势 其他小型封装包括流行的3x3mm sot-23、小型2.13x2.3mm 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)。由于在下侧采用了能够在器件与pc板之间建立高效散热接触的散热垫，qfn 因而可提供更好的散热特性。
请注意不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用pdissipation = (vin-vout)/(iout + iq) 进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是qfn封装可以提供极佳的散热性能，这种性能完全可与尺寸是其1.5～2倍的众多封装相媲美。
ldo拓扑与iq
为了最大化电池的运行时间，需要选择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％的微不足道的电池消耗，在100ma负载情况下，一般采用200μa的iq比较合理。
另外，还需要注意的是，由于电池放电特性，某些情况下压降会对电池寿命产生决定性影响。由于碱性电池放电速度较慢，其电源电压在压降情况下可以提供比nimh电池更多的容量。必须在 iq 和压降之间仔细权衡，以便在电池寿命期间获得最大的容量，因此，较低的iq并不能始终保证长电池寿命。
需要注意iq 在双极拓扑中的表现。iq 不但随负载电流变化很大，而且在压降情况下会有所增加。
另外，需要注意在数据表中对iq 是如何规定的。某些器件是在室温条件下规定的，或者只提供显示iq与温度关系的典型曲线。尽管这些情况有用，但是并不能保证最大的静态电流。如果iq 比较重要，则需要选择在所有负载、温度和工艺变量情况下都能保证iq 的器件，并且需要选择mos类旁路器件。
输出电容器
典型ldo应用需要增加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的ldo，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注意，利用较低esr的大电容器一般可以全面提高psrr、噪声以及瞬态性能。
陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。请注意，输出电容器的等效串联电阻 (esr) 会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的esr，大概为10豪欧量级，而钽电容器esr在100豪欧量级。另外，许多钽电容器的esr随温度变化很大，会对ldo性能产生不利影响。如果温度变化不大，而且电容器和接地之间串联适当的电阻（一般200m），可以取代陶瓷电容器而使用钽电容器。需要咨询ldo厂商以确保正确的实施。
rf与音频应用
最后，考虑便携式应用中所采用的、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），需要采用具有低噪声和高psrr的ldo。在设计现代收发系统时应非常小心，以保证低噪声和高线性。
电源噪声会增加vco的相位噪声，而且会进入接收或发送放大器。在w-cdma等流行手机技术对频谱再生和邻道功率提出严格要求的情况下，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产生邻道噪声或假信号。
为了满足手机、mp3、游戏以及多媒体pda应用等便携式设备中的音频需求，可能需要300～500ma的ldo。而且，为了获得良好的音频质量，这种ldo在音频频率（20hz~20khz）时应该是低噪声并可提供高psrr。
线性稳压器件补偿和波特图分析
一个包含三个极点和一个零点的波特图将用来分析增益和相位裕度。假设直流增益为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处的第三个也是最后一个极点将增益斜度最终变为－40db/十倍频程。
也可以看到单位增益点（0db）交点频率是1mhz。0db频率通常称为回路带宽（loop bandwidth）。相位偏移图表示了零、极点的不同分布对反馈信号的影响。根据分布的零极点计算相移的总和。在任意频率（f）上的极点相移，可以通过下式计算获得： 极点相移＝ －arctan(f/fp) 在任意频率（f）上的零点相移，可以通过下式计算获得：
零点相移＝ －arctan(f/fz)
此回路稳定么？为了回答这个问题，我们只需要知道0db时的相移（是1mhz）。根本无需复杂的计算。
前两个极点和第一个零点分布使相位从－180°变到＋90°，最终导致网络相位转变到－90°。最后一个极点在十倍频程中出现了0db点。使用零点相移公式，该极点产生了－84°的相移（在1mhz时）。加上原来的－90°相移，全部的相移是－174°（也就是说相位裕度是6°）。该回路可能引起振荡。 npn 稳压器补偿 npn 稳压器的导通管的连接方式是共集电极的方式。所有共集电极电路的一个重要特性就是低输出阻抗。也就意味着电源范围内的极点出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，所以它使用了一种称为主极点补偿（dominant pole compensation）的技术。此时，在ic的内部集成了一个电容，该电容在环路增益的低频端添加了一个极点。
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点的频率主要取决于npn功率管及相关驱动电路，因此有时称此点为功率极点（power pole）。因为p2点在回路增益为－10db处出现，也就表示了0db频率处（1mhz）的相位偏移会很小。 为了确定稳定性，只需要计算0db频率处的相位裕度： 第一个极点（p1）会产生－90°的相位偏移，但是第二个极点（p2）只增加了－18°的相位偏移（1mhz处）。也就是说0db点处的相位偏移为－108°，相位裕度为72°（非常稳定）。应该提起注意的是，回路很显然是稳定的。因为需要两个极点才有可能使回路要达到－180°的相位偏移（不稳定点），而p2又分布在高频位置，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式（common emitter）。它相对共集电极方式有更高的输出阻抗。由于负载阻抗和输出容抗的影响在低频程处会出现低频极点（low－frequency pole）。此极点（称为负载极点（load pole）用pl表示）的频率由下式获得：
f(pl) ＝1/(2π×rload×cout)。从此式可知，不能通过简单的添加主极点的方式实现补偿。
为了解释为什么会这样，先假设一个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）出现的频率为：
pl＝1/(2π×rload×cout)＝1/(2π×100×10-5)＝160hz
假设内部的补偿在1khz处添加了一个极点。由于pnp功率管和驱动电路的存在，在500khz处会出现一个功率极点（ppwr）。
假设直流增益为80db。rl ＝100ω（在最大负载电流时的值），cout＝10uf。
可以看出回路是不稳定的：极点pl和p1每个都会产生－90°的相移。在0db处（此例为40khz），相移达到了－180°为了减少负相移（阻止振荡），在回路中必须要添加一个零点。一个零点可以产生＋90°的相移，它会抵消两个低频极点的部分影响。基本上所有的ldo稳压器都需要在回路中添加这个零点。该零点一般是通过输出电容的一个特性：等效串联电阻（esr）获得的。 使用esr补偿ldo 等效串联电阻（esr）是每个电容共有的特性。可以将电容表示为电阻与电容的串联。输出电容的esr在回路增益中产生一个零点，可以用来减少负相移。零点出现的频率值与esr和输出电容值直接相关：fzero＝ 1/(2π×cout×esr)。使用上一节的例子，我们假设输出电容值cout＝10uf而且输出电容的esr＝1ω。则零点发生在16khz。
添加此零点如何使不稳定系统变为稳定系统： 回路的带宽增加了所以0db的交点频率从30khz移到了100khz。到100khz处该零点总共增加了＋81°相移。也就是减少了pl和p1造成的负相移。因为极点ppwr处在500khz，在100khz处它仅增加了－11°的相移。累积所有的零、极点，0db处的总相移现在为－110°。也就是有＋70°的相位裕度，系统非常稳定。这也就解释了具有正确esr值的输出电容是可以产生零点来稳定ldo系统的
PCB电路设计的八大常见误区解析
差分放大电路的结构特点
ups电池保养方法_ups电池寿命是几年
基于单片机应用系统的串行通信设计
7大颠覆行业的揽财物件：摩托大哥大/iPhone上榜
选择 LDO 的方法
中国移动牵手字节跳动又有什么新想法
索尼PXW-Z280V摄像机使用心得分享
案例分享：电单车电控模块ESD故障分析？（上）
D类音频功率放大器详解
瓦斯泵轴头磨损原因及修复方法
单卡双芯成绝唱 AMD将逐步放弃RX Vega交火设计
让智能手表一年不用充电，ASSIST芯片怎么做到的
光模块安装与拆卸的小指南
2019年！如何在商业挑战与变革中继续前行？
为什么IGBT会发生退饱和现象？
物联网的发展极大地促进了智能家居技术市场的繁荣
FPGA常见的警告以及处理方法
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便携应用在基本条件之外提出更多要求
在选择低压降线性调节器(ldo) 时，需要考虑的基本问题包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。但是，便携式应用需要考虑更多问题。接地电流或静态电流 （ignd 或 iq）、电源波纹抑止比 (psrr)、噪声与封装大小通常是为便携式应用决定最佳 ldo 选择的要素。 输入、输出以及降低电压
选择输入电压范围可以适应电源的ldo。下表列出了便携式设备所采用的、流行的电池化学物质的电压范围。
在确定 ldo 是否能够提供预期输出电压时，需要考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即 vin > vout + vdropout。如果 vin 降低至必需的电压以下，则我们说 ldo 出现压降，输出等于输入减去旁路元件 (pass element) 的 rds(on) 乘以负载电流。
需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于待发状态(cocked)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，psrr 在压降时也会显著降低。
选用可提供预期输出电压的 lod 作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调 ldo 可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为 1.2v 左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。
负载电流要求
通考虑负载需要的电流量并据此选择 ldo。请注意：额定电流为比如 150ma 的 ldo 可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。
电池电压
电池的化学成分 电压范围
锂离子/锂聚合物 2.7～4.2v（额定3.6v）
nimh/nicd 0.9～1.5v（额定1.2v）
aa/aaa 0.9～1.5v（额定1.5v）
封装与功耗
便携式应用本质存在空间限制，因此解决方案的大小至关重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封装的诸多优势，如：保护、行业标准以及能够被现有装配架构轻松采用等特性。芯片级封装 (csp) 能在提供裸片的尺寸优势的同时还可以带来封装的许多优势。
在无线手持终端市场需求的推动下，csp产品正不断推陈出新。例如，采用0.84 x 1.348-mm csp的德州仪器 (ti) 200ma rf ldo（参见图1）预计将于9月份上市，其采用可实现轻松装配以及高板级可靠性的技术。
图1：与sot-23和sc-70封装相比，采用芯片级封装的ldo同时具备裸片尺寸优势与封装优势 其他小型封装包括流行的3x3mm sot-23、小型2.13x2.3mm 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)。由于在下侧采用了能够在器件与pc板之间建立高效散热接触的散热垫，qfn 因而可提供更好的散热特性。
请注意不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用pdissipation = (vin-vout)/(iout + iq) 进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是qfn封装可以提供极佳的散热性能，这种性能完全可与尺寸是其1.5～2倍的众多封装相媲美。
ldo拓扑与iq
为了最大化电池的运行时间，需要选择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％的微不足道的电池消耗，在100ma负载情况下，一般采用200μa的iq比较合理。
另外，还需要注意的是，由于电池放电特性，某些情况下压降会对电池寿命产生决定性影响。由于碱性电池放电速度较慢，其电源电压在压降情况下可以提供比nimh电池更多的容量。必须在 iq 和压降之间仔细权衡，以便在电池寿命期间获得最大的容量，因此，较低的iq并不能始终保证长电池寿命。
需要注意iq 在双极拓扑中的表现。iq 不但随负载电流变化很大，而且在压降情况下会有所增加。
另外，需要注意在数据表中对iq 是如何规定的。某些器件是在室温条件下规定的，或者只提供显示iq与温度关系的典型曲线。尽管这些情况有用，但是并不能保证最大的静态电流。如果iq 比较重要，则需要选择在所有负载、温度和工艺变量情况下都能保证iq 的器件，并且需要选择mos类旁路器件。
输出电容器
典型ldo应用需要增加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的ldo，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注意，利用较低esr的大电容器一般可以全面提高psrr、噪声以及瞬态性能。
陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。请注意，输出电容器的等效串联电阻 (esr) 会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的esr，大概为10豪欧量级，而钽电容器esr在100豪欧量级。另外，许多钽电容器的esr随温度变化很大，会对ldo性能产生不利影响。如果温度变化不大，而且电容器和接地之间串联适当的电阻（一般200m），可以取代陶瓷电容器而使用钽电容器。需要咨询ldo厂商以确保正确的实施。
rf与音频应用
最后，考虑便携式应用中所采用的、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），需要采用具有低噪声和高psrr的ldo。在设计现代收发系统时应非常小心，以保证低噪声和高线性。
电源噪声会增加vco的相位噪声，而且会进入接收或发送放大器。在w-cdma等流行手机技术对频谱再生和邻道功率提出严格要求的情况下，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产生邻道噪声或假信号。
为了满足手机、mp3、游戏以及多媒体pda应用等便携式设备中的音频需求，可能需要300～500ma的ldo。而且，为了获得良好的音频质量，这种ldo在音频频率（20hz~20khz）时应该是低噪声并可提供高psrr。
线性稳压器件补偿和波特图分析
一个包含三个极点和一个零点的波特图将用来分析增益和相位裕度。假设直流增益为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处的第三个也是最后一个极点将增益斜度最终变为－40db/十倍频程。
也可以看到单位增益点（0db）交点频率是1mhz。0db频率通常称为回路带宽（loop bandwidth）。相位偏移图表示了零、极点的不同分布对反馈信号的影响。根据分布的零极点计算相移的总和。在任意频率（f）上的极点相移，可以通过下式计算获得： 极点相移＝ －arctan(f/fp) 在任意频率（f）上的零点相移，可以通过下式计算获得：
零点相移＝ －arctan(f/fz)
此回路稳定么？为了回答这个问题，我们只需要知道0db时的相移（是1mhz）。根本无需复杂的计算。
前两个极点和第一个零点分布使相位从－180°变到＋90°，最终导致网络相位转变到－90°。最后一个极点在十倍频程中出现了0db点。使用零点相移公式，该极点产生了－84°的相移（在1mhz时）。加上原来的－90°相移，全部的相移是－174°（也就是说相位裕度是6°）。该回路可能引起振荡。 npn 稳压器补偿 npn 稳压器的导通管的连接方式是共集电极的方式。所有共集电极电路的一个重要特性就是低输出阻抗。也就意味着电源范围内的极点出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，所以它使用了一种称为主极点补偿（dominant pole compensation）的技术。此时，在ic的内部集成了一个电容，该电容在环路增益的低频端添加了一个极点。
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点的频率主要取决于npn功率管及相关驱动电路，因此有时称此点为功率极点（power pole）。因为p2点在回路增益为－10db处出现，也就表示了0db频率处（1mhz）的相位偏移会很小。 为了确定稳定性，只需要计算0db频率处的相位裕度： 第一个极点（p1）会产生－90°的相位偏移，但是第二个极点（p2）只增加了－18°的相位偏移（1mhz处）。也就是说0db点处的相位偏移为－108°，相位裕度为72°（非常稳定）。应该提起注意的是，回路很显然是稳定的。因为需要两个极点才有可能使回路要达到－180°的相位偏移（不稳定点），而p2又分布在高频位置，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式（common emitter）。它相对共集电极方式有更高的输出阻抗。由于负载阻抗和输出容抗的影响在低频程处会出现低频极点（low－frequency pole）。此极点（称为负载极点（load pole）用pl表示）的频率由下式获得：
f(pl) ＝1/(2π×rload×cout)。从此式可知，不能通过简单的添加主极点的方式实现补偿。
为了解释为什么会这样，先假设一个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）出现的频率为：
pl＝1/(2π×rload×cout)＝1/(2π×100×10-5)＝160hz
假设内部的补偿在1khz处添加了一个极点。由于pnp功率管和驱动电路的存在，在500khz处会出现一个功率极点（ppwr）。
假设直流增益为80db。rl ＝100ω（在最大负载电流时的值），cout＝10uf。
可以看出回路是不稳定的：极点pl和p1每个都会产生－90°的相移。在0db处（此例为40khz），相移达到了－180°为了减少负相移（阻止振荡），在回路中必须要添加一个零点。一个零点可以产生＋90°的相移，它会抵消两个低频极点的部分影响。基本上所有的ldo稳压器都需要在回路中添加这个零点。该零点一般是通过输出电容的一个特性：等效串联电阻（esr）获得的。 使用esr补偿ldo 等效串联电阻（esr）是每个电容共有的特性。可以将电容表示为电阻与电容的串联。输出电容的esr在回路增益中产生一个零点，可以用来减少负相移。零点出现的频率值与esr和输出电容值直接相关：fzero＝ 1/(2π×cout×esr)。使用上一节的例子，我们假设输出电容值cout＝10uf而且输出电容的esr＝1ω。则零点发生在16khz。
添加此零点如何使不稳定系统变为稳定系统： 回路的带宽增加了所以0db的交点频率从30khz移到了100khz。到100khz处该零点总共增加了＋81°相移。也就是减少了pl和p1造成的负相移。因为极点ppwr处在500khz，在100khz处它仅增加了－11°的相移。累积所有的零、极点，0db处的总相移现在为－110°。也就是有＋70°的相位裕度，系统非常稳定。这也就解释了具有正确esr值的输出电容是可以产生零点来稳定ldo系统的
PCB电路设计的八大常见误区解析
差分放大电路的结构特点
ups电池保养方法_ups电池寿命是几年
基于单片机应用系统的串行通信设计
7大颠覆行业的揽财物件：摩托大哥大/iPhone上榜
选择 LDO 的方法
中国移动牵手字节跳动又有什么新想法
索尼PXW-Z280V摄像机使用心得分享
案例分享：电单车电控模块ESD故障分析？（上）
D类音频功率放大器详解
瓦斯泵轴头磨损原因及修复方法
单卡双芯成绝唱 AMD将逐步放弃RX Vega交火设计
让智能手表一年不用充电，ASSIST芯片怎么做到的
光模块安装与拆卸的小指南
2019年！如何在商业挑战与变革中继续前行？
为什么IGBT会发生退饱和现象？
物联网的发展极大地促进了智能家居技术市场的繁荣
FPGA常见的警告以及处理方法
MLX90640 红外热成像仪测温传感器 手机连接操作详细
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