低壓差線性穩壓器(LDO)選擇方法

低壓差線性穩壓器(LDO)選擇方法

在選擇低壓降線性調節器(LDO) 時，需要考慮的基本問題包括輸入電壓範圍、預期輸出電壓、負載電流範圍以及其封裝的功耗能力。但是，攜帶型應用需要考慮更多問題。接地電流或靜態電流 （IGND 或 IQ）、電源波紋抑止比 (PSRR)、雜訊與封裝大小通常是為攜帶型應用決定最佳 LDO 選擇的要素。

輸入、輸出以及降低電壓

選擇輸入電壓範圍可以適應電源的LDO。下表列出了攜帶型設備所採用的、流行的電池化學物質的電壓範圍。

在確定 LDO 是否能夠提供預期輸出電壓時，需要考慮其壓降。輸入電壓必須大於預期輸出電壓與特定壓降之和，即 VIN > VOUT + VDROPOUT。如果 VIN 降低至必需的電壓以下，則我們說 LDO 出現"壓降"，輸出等於輸入減去旁路元件 (pass element) 的 RDS(on) 乘以負載電流。

需要注意壓降時的性能變化。驅動旁路晶體管的誤差放大器完全打開或者出於"待髮狀態"(cocked)，因此不產生任何環路增益。這意味著線路與負載調節很差。另外，PSRR 在壓降時也會顯著降低。

選用可提供預期輸出電壓的 LOD 作為節省外部電阻分壓器成本與空間的固定選項，外部電阻分壓器一般用於設置可調器件的輸出電壓。利用可調 LDO 可以設置輸出，以提供內部參考電壓，其一般為 1.2V 左右，只需把輸出連接到反饋引腳。請與廠商確認是否具備該功能。

負載電流要求

通考慮負載需要的電流量並據此選擇 LDO。請注意：額定電流為比如 150mA 的 LDO 可能會在短時間內提供高出很多的電流。請查驗最低輸出電流限值規範，或者諮詢有關廠商。

電池電壓

電池的化學成分

電壓範圍

鋰離子/鋰聚合物

2.7～4.2V（額定3.6V）

NiMH/NICd

0.9～1.5V（額定1.2V）

AA/AAA

0.9～1.5V（額定1.5V）

封裝與功耗

攜帶型應用本質存在空間限制，因此解決方案的大小至關重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封裝的諸多優勢，如：保護、行業標準以及能夠被現有裝配架構輕鬆採用等特性。晶元級封裝 (CSP) 能在提供裸片的尺寸優勢的同時還可以帶來封裝的許多優勢。

在無線手持終端市場需求的推動下，CSP產品正不斷推陳出新。例如，採用0.84 x 1.348-mm CSP的德州儀器 (TI) 200mA RF LDO（參見圖1）預計將於9月份上市，其採用可實現輕鬆裝配以及高板級可靠性的技術。

圖1：與SOT-23和SC-70封裝相比，採用晶元級封裝的LDO同時具備裸片尺寸優勢與封裝優勢

其他小型封裝包括流行的3x3mm SOT-23、小型2.13x2.3mm SC-70以及亞1毫米高度封裝 (sub-1-mm-height PACkage)、ThinSOT及無引線四方扁平封裝 (QFN)。由於在下側採用了能夠在器件與PC板之間建立高效散熱接觸的散熱墊，QFN 因而可提供更好的散熱特性。

請注意不要超過封裝的最大功耗額定值。功耗可以採用PDISSIPATION = (VIN-VOUT)/(IOUT + IQ) 進行計算。一般來說，封裝尺寸越小，功耗越小。但是QFN封裝可以提供極佳的散熱性能，這種性能完全可與尺寸是其1.5～2倍的眾多封裝相媲美。

LDO拓撲與IQ

為了最大化電池的運行時間，需要選擇相對於負載電流來說靜態電流IQ較低的LDO。例如，考慮到IQ 只增加0.02％的微不足道的電池消耗，在100mA負載情況下，一般採用200μA的IQ比較合理。

另外，還需要注意的是，由於電池放電特性，某些情況下壓降會對電池壽命產生決定性影響。由於鹼性電池放電速度較慢，其電源電壓在壓降情況下可以提供比NiMH電池更多的容量。必須在 IQ 和壓降之間仔細權衡，以便在電池壽命期間獲得最大的容量，因此，較低的IQ並不能始終保證長電池壽命。

需要注意IQ 在雙極拓撲中的表現。IQ 不但隨負載電流變化很大，而且在壓降情況下會有所增加。

另外，需要注意在數據表中對IQ 是如何規定的。某些器件是在室溫條件下規定的，或者只提供顯示IQ與溫度關係的典型曲線。儘管這些情況有用，但是並不能保證最大的靜態電流。如果IQ 比較重要，則需要選擇在所有負載、溫度和工藝變數情況下都能保證IQ 的器件，並且需要選擇MOS類旁路器件。

輸出電容器

典型LDO應用需要增加外部輸入和輸出電容器。選擇對電容器穩定性方面沒有要求的LDO，可以降低尺寸與成本，另外還可以完全消除這些元件。請注意，利用較低ESR的大電容器一般可以全面提高PSRR、雜訊以及瞬態性能。

陶瓷電容器通常是首選，因為它們價格低而且故障模式是斷路，相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。請注意，輸出電容器的等效串聯電阻 (ESR) 會影響其穩定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10豪歐量級，而鉭電容器ESR在100豪歐量級。另外，許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大，會對LDO性能產生不利影響。如果溫度變化不大，而且電容器和接地之間串聯適當的電阻（一般200m），可以取代陶瓷電容器而使用鉭電容器。需要諮詢LDO廠商以確保正確的實施。

RF與音頻應用

最後，考慮攜帶型應用中所採用的、專用電路的功率要求。

RF電路（包括LNA（低雜訊放大器）、升壓/降壓轉換器、混頻器、PLL、VCO、IF放大器和功率放大器），需要採用具有低雜訊和高PSRR的LDO。在設計現代收發系統時應非常小心，以保證低雜訊和高線性。

電源雜訊會增加VCO的相位雜訊，而且會進入接收或發送放大器。在W-CDMA等流行手機技術對頻譜再生和鄰道功率提出嚴格要求的情況下，進入放大器的基/柵或收集器/漏極電源的極少量電源雜訊就會產生鄰道雜訊或假信號。

為了滿足手機、MP3、遊戲以及多媒體PDA應用等攜帶型設備中的音頻需求，可能需要300～500mA的LDO。而且，為了獲得良好的音頻質量，這種LDO在音頻頻率（20Hz~20kHz）時應該是低雜訊並可提供高PSRR。