LDO線性穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)及分類

LDO線性穩(wěn)壓器通常被設計工程師作為輔助措施，并且經(jīng)常被選用于產(chǎn)品開發(fā)的后期階段。設計工程師比較關(guān)注的是如何使復雜的基頻(BB) 或射頻( RF )ASIC 發(fā)揮作用，而不是其所選線性穩(wěn)壓器的功率/性能。

線性穩(wěn)壓器的選擇依據(jù)通常性能列表中的主要規(guī)格，而不是位于數(shù)據(jù)表封面以內(nèi)的非常關(guān)鍵的核心和性能參數(shù)。規(guī)格經(jīng)常很容易令人誤解 - 封面上所列的規(guī)格只代表主要參數(shù)，但如果不與其他連接參數(shù)相結(jié)合時，便失去了價值。例如，接地電流是這些參數(shù)中的一個。出現(xiàn)這種情形的原因是，線性穩(wěn)壓器市場的競爭性質(zhì)讓器件制造商認識到, 需要讓時間有限的工程師們更加關(guān)注自己的器件。此外，在信息提供方式方面，也沒有真正的標準化。不同的數(shù)值范圍、溫度和負載只會使設計工程師在比較部件時導致混淆。線性穩(wěn)壓器

現(xiàn)代線性穩(wěn)壓器為滿足具有挑戰(zhàn)性的要求提供了許多獨特的結(jié)構(gòu)?；旧?，線性穩(wěn)壓器是一個運算放大器加一個通路晶體管。運算放大器使用兩個參考點，一個是內(nèi)部帶隙基準，另一個是輸出端的電阻分壓電路。在穩(wěn)壓過程中，電阻分壓網(wǎng)絡的電壓值向運算放大器提供與帶隙基準相比較的反饋。

比較的結(jié)果決定了通路晶體管增加或減少導通電流。這是具有兩個主極點的閉環(huán)系統(tǒng)，這兩個主極點分別是誤差放大器/通路晶體管的內(nèi)部極點，以及輸出電流需求和輸出電容器的 ESR 構(gòu)成的外部極點。這兩個主導極點的處理將影響器件的性能，并會對閉環(huán)的穩(wěn)定性構(gòu)成主要影響(見圖1)。

圖1

線性穩(wěn)壓器分類

更高的效率是設計工程師持續(xù)的要求。這個要求就轉(zhuǎn)化為對Iq(靜態(tài)工作電流) 和正向電壓降的降低。隨著制造商提高線性穩(wěn)壓器的標準性能，也為其他特性帶來了負面影響。

通用線性穩(wěn)壓器的設計可以提供最佳的整體性能。

彼此互相影響的性能指標會被折中處理。

封裝選擇則主要取決于成本和廣泛的市場接受能力。

數(shù)字線性穩(wěn)壓器

數(shù)字線性穩(wěn)壓器設計用于支持系統(tǒng)的主數(shù)字核心?，F(xiàn)代 DSP 和微控制器必須具有快速的效率以及通常較高的電流要求。

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需要無線標準的新興市場需要大量的濾波，這為數(shù)字處理核心的軟件負載帶來很大的壓力，這將轉(zhuǎn)化為對電源管理器件的高要求和快速響應。這些功能驅(qū)使著那些對于數(shù)字負載非常重要的主要特性的發(fā)展。(圖2)線路和負載調(diào)整率/瞬態(tài)響應是其中首要的功能。這些參數(shù)盡管在數(shù)據(jù)表中通常不太容易找到，但可以通過兩種方式來確定：V/I的偏差百分比或?qū)嶋HV/I偏差值。這些值應以一種負載電流為參考基準或以輸入電壓的變化為參考基準。

圖2

電池供電的和低功率的系統(tǒng)具有長期的非工作時間，數(shù)字線路穩(wěn)壓器被設計成在這期間進入休眠狀態(tài)，而在需要時可快速啟動。在休眠模式期間，線性穩(wěn)壓器的所有主操作(包括帶隙基準)將關(guān)閉。重要的是，快速開啟時不能導致過沖。線性穩(wěn)壓器的過沖以及克服過沖的能力取決于Iq值，隨著Iq值的降低，保持或改進這種能力將會更難。

我們所需的就是能夠快速驅(qū)動內(nèi)部電容節(jié)點，并且具有可用電流來實現(xiàn)這一點。隨著我們進一步降低驅(qū)動內(nèi)部電容節(jié)點的可用電流，線性穩(wěn)壓器的反應能力將隨之降低。

假定我們設計了一個反應能力足夠快的電路，但存在過沖現(xiàn)象，則克服過沖的一種方法就是通過采用電容器來阻滯過沖。結(jié)果，這將增加電容負載，并且提高Iq值的需求。

模擬/射頻線性穩(wěn)壓器

模擬線性穩(wěn)壓器主要圍繞著空中接口的要求驅(qū)動。

空中接口是便攜式通信的最薄弱環(huán)節(jié)，因為信號對噪聲和信號衰減極為敏感。因此當考慮模擬線性穩(wěn)壓器時，很重要的一點是，器件本身不會在所需的信號中進一步增加噪聲，并且抑制其他電源的噪聲。模擬穩(wěn)壓器需要良好的抗噪聲性能(以有效值VRMS來度量)以及噪聲抑制能力(以電源抑制比PSRR的dB值來度量)。

降低噪聲

帶隙參考和通路晶體管是主要噪聲源。增加外部旁路電容器可以降低此噪聲，但這會增加成本以及波形系數(shù)。也可以在硅片內(nèi)增加內(nèi)部電容器，因為晶體管級別的噪聲實際上是以下兩個因素構(gòu)成的：熱噪聲和閃爍噪聲。原因是電子相互碰撞，和Si02級別中的電子捕獲。

PSRR 是器件抑制另一個穩(wěn)壓組件或噪聲源產(chǎn)生噪聲的能力，這在模擬環(huán)境中相當重要，因為模擬 IC 器件比數(shù)字 IC 器件對噪聲更敏感。

噪聲本身與接地電流具有直接相關(guān)性，因為它受晶體管驅(qū)動的影響。Mosfet 中的驅(qū)動電流越低，閃爍噪聲和熱噪聲越差。較低的驅(qū)動又將轉(zhuǎn)換為較低的 Iq 值。

因此，在選擇線性穩(wěn)壓器時，必須查看產(chǎn)品詳細資料以評估您的獨特應用所需的整體性能。