LDO产品的特点有哪些? LDO低压差线性稳压器设计

LDO也叫低压差线性稳压器，它是一种常用的电源管理芯片，其产品特点是，它能够在输入电压和输出电压间电压差很小的情况下，保持输出电压的稳定，适合于低压的稳压电路中。在电源以及电池等产品中，LDO常用于将电源源头稍高压降低到较低的稳定电压电路应用中。

LDO产品的特点有哪些?

作为一种集成度高的产品，LDO一大特点就是非常省外围元器件，具有负载调整速度较快，应用方便。LDO具有低功耗、高精度、低噪音、高效率以及快速瞬态响应等优点，LDO采用的是线性调节电压方式，更省电节能，产品功耗低。它通常具有高电源抑制比和低噪声特性，产品非常适用于要求低噪声等的场景，如低负载电流、低压差降压电路、低功耗电路以及低噪声电路等。

通常，LDO的工作是这样的。VIN端通过MOS晶体管提供到输出端VOUT，误差放大器通过反馈网络和参考电压源比较输出电压，并调节MOS晶体管的栅极电压，以保持输出电压稳定。补偿电路可以集成在误差放大器中，用于确保稳定性。

低压差(LDO)线性稳压器通常用于向处理器内核和通信电路提供干净的电源。在这些应用中，由于处理器和功率放大器对电源输出噪声和负载瞬态响应有严格的性能要求，因此会专门使用LDO稳压器。这些电路通常需要一个能够满足每个IC的电流额定值和供电轨要求的LDO稳压器，以便尽量减小解决方案尺寸。

LDO稳压器通常需要进行硬件修改以调整输出电压，但如果规格不断变化，则更改电路板和组件可能会增加开发时间。在此类应用中，具有软件可编程输出电压的LDO稳压器可以节约时间和成本。

芯片，作为现代科技的核心元件，广泛应用于智能手机、电脑、汽车、云计算、人工智能等领域，是推动社会进步和经济发展的重要力量。然而，芯片的制造过程却是极其复杂和耗能的。据统计，一个12英寸的晶圆片，从原材料到最终产品，需要经过数百道工序，涉及到切割、清洗、抛光、光刻、蚀刻、镀膜、测试等多个环节，每个环节都需要大量的电力、水和化学品。一般来说，一个晶圆片的制造周期需要2-3个月，耗电量高达1500度左右，相当于一个家庭一年的用电量。而随着芯片制程的不断升级，芯片的集成度和性能不断提高，耗电量也会随之增加。例如，采用极紫外光刻技术(EUV)的芯片，每个晶圆片的耗电量可能达到3000度以上。

不过，LDO稳压器输出的软件控制只能解决部分问题。LDO稳压器通常用作开关稳压器的后置稳压器。从LDO稳压器的角度看，开关稳压器通常用于在其到达线性稳压器之前对输入功率进行预调节。理想情况下，开关稳压器的输出应正好有适当的裕量(高于LDO稳压器的压差)，使LDO稳压器能够在最有效的区域内运行，并优化瞬态响应。为了保持LDO稳压器的适当输入电压，必须根据LDO稳压器的输出调整开关稳压器的输出。同样，这最好在不需要进行昂贵的硬件修改的情况下实现。

LT3072双通道2.5 A线性稳压器能够满足数字IC电源的挑战性需求，即使LT3072采用前置稳压器输入电源，也可以进行与硬件无关的输出电压调整。LT3072具有UltraFast™ 瞬态响应和80 mV的低压差，使其能够在负载快速变化时轻松产生精确调节的电源电压。

只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)输出电容即可获得LT3072带来的12 μV rms的低输出噪声和超快瞬态响应。低噪声对于通信或传感器电路保持其高性能至关重要。

LT3072在单个封装中集成了两个完全独立的2.5 A LDO稳压器。LT3072的0.6 V至2.5 V输出电压范围足够宽，能够为各种数字IC供电轨供电。在LT3072上设置几个三态引脚，可编程设定每个通道的输出电压，这可通过跳线、微控制器或电源系统管理(PSM) IC轻松实现。

具有低噪声和超快瞬态响应的可编程双通道输出

图1显示独立电路中的LT3072，适用于具有严格功率要求的数字IC负载。严格电源规范的一个重要组成部分是能够快速响应负载瞬变，如图2中LT3072的超快瞬态响应曲线所示。

图1. 双通道2.5 A LT3072的超快负载瞬态响应、12 μV rms输出噪声和80 mV压 差特性能够满足具有严格功率要求的数字IC需求。该原理图显示，三态V O1B2–0 和V O2B2–0 引脚的OUT1和OUT2分别固定为2.5 V和0.6 V，但只要更改这些引脚上的状态就可改变输出电压，无需耗时昂贵的硬件修改，即可实现对LT3072的软件控制。

图2. LT3072的单输出超快瞬态响应显示只需使用10 μF (1 μF + 2.2 μF + 6.8 μF)输出电容即可实现微秒建立时间。中间的迹线显示可使用额外的电容来限制偏移振幅，但建立时间略长。

通常LDO有PMOS LDO和NMOS两种类型，各有优缺点。

PMOS LDO具有输出电压稳定性高、压差小、效率高、适用电压范围广、噪声隔离效果好以及可靠性高、寿命长等优点，使其在航空航天、汽车、工业以及消费电子等领域得到了广泛应用。

1/输出电压稳定性高

PMOS LDO的输出电压稳定性非常高，这得益于其内部的负反馈系统。当输出电压增大时，反馈电压(VOUT通过两个电阻分压得到)也会增大，误差放大器输出电压增加，进而调整PMOS管的栅极电压，减小其输出电流和电压，从而形成一个稳定的负反馈回路。

2/压差小，效率高

PMOS LDO的压差(输入电压与输出电压之间的差值)相对较小，这意味着在相同的输出电流下，PMOS LDO的功耗更低，效率更高。这对于需要长时间运行且对功耗有严格要求的设备来说尤为重要。

3/适用电压范围广

PMOS LDO在输电电源电压高于输出电源电压时，工作非常稳定。这使得PMOS LDO能够在较宽的输入电压范围内正常工作，为不同的应用场景提供了更大的灵活性。

5/噪声隔离效果好

PMOS LDO具有非常好的噪声隔离作用，具体指标是电源抑制比(PSRR)。PSRR表示输出噪声对输入噪声的比值，高PSRR的LDO能够更有效地滤除来自输入端的噪声，为敏感电路提供干净的电源。

4/输出电流能力适中

虽然PMOS的导通电阻相对较大，导致开关损耗较大，但其输出电流能力适中，足以满足许多应用场景的需求。同时，由于其输出电压稳定性高，即使在负载变化时，也能保持输出电压的稳定。PMOS LDO的可靠性高，寿命长，其内部的PMOS管和其他元件经过精心设计和制造，能够在恶劣的环境下长时间稳定运行。

NMOS LDO具有快速瞬态响应、低静态电流、高电流驱动能力、电压调节范围宽以及稳定性好等优点,使得NMOS LDO在电源管理领域具有广泛的应用前景，特别是在需要快速响应和高效率的应用场景中表现尤为突出。

1/快速瞬态响应

NMOS型LDO的单位增益带宽较大，因此具有出色的瞬态响应能力。这意味着当负载电流或输入电压发生变化时，NMOS LDO能够迅速调整输出电压，保持稳定。

2/低静态电流：

NMOS LDO在负载电流变化时，静态电流几乎保持不变。这是因为NMOS只用电压信号控制，而电压信号不需要消耗误差放大器本身的电流。因此，NMOS LDO在保持输出电压稳定的同时，能够降低功耗。

3/电压调节范围宽：

NMOS LDO能够在较宽的输入电压范围内正常工作，并提供稳定的输出电压。这使得NMOS LDO适用于不同电压等级的电源系统。

4/高电流驱动能力：

由于NMOS的电子迁移率比PMOS高，在驱动相同的电流时，NMOS版图面积小，因此NMOS LDO具有较高的电流驱动能力。这使得NMOS LDO适用于需要大电流输出的应用场景。

5/稳定性好：

NMOS LDO的环路稳定性较好，这得益于其内部负反馈系统的设计。当输出电压发生变化时，负反馈系统会迅速调整NMOS管的栅极电压，以保持输出电压的稳定。

合科泰提醒客户们，大家在选择NMOS或PMOS LDO时，应考虑输入和输出压差、功耗要求以及响应速度设计复杂度等，合适的才是最好的。