有关LDO在手机设计中的应用

随着社会的进步，使用者对通讯便利性要求越来越高，使得手机行业在近几年有了飞速的发展。从模拟到数字，从黑白屏到彩屏，从简单的通话功能到网上冲浪、可视对讲、移动电视、GPS定位，新的应用层出不穷。但随着手机系统功能越来越复杂，对供电系统的稳定性、供电电压、效率和成本的要求也越来越高。相应的系统供应商，例如MTK、TI、INFINION、NXP等等也随之更新自己的系统电源管理单元(PMU)，但是，作为系统级芯片的更新，远远慢于产品功能的更新换代。对于一些关键的器件，例如射频模块的供电电源，GPS模块的PLL供电电源，对于输出纹波，PSRR(电源纹波抑制比)性能的要求很高，这些指标会直接影响手机的信号接收灵敏度以及GPS的信号接收灵敏度。利用PMU供电则会给工程师增加系统设计复杂度。因此，各种LDO在手机中的应用，始终充满活力。

LDO是利用较低的工作压差，通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。根据制成工艺的不同，LDO有Bipolar，BiCMOS，CMOS几种类型，性能有所差异，但随着成本压力的增大，CMOS LDO目前成为市场的主流。

LDO从结构上来讲是一个微型的片上反馈系统，它由电压电流调整的的功率MOSFET、肖特基二极管、取样电阻、分压电阻、过流保护、过热保护、精密基准源、放大器、和PG(Power GOOD)等功能电路在一个芯片上集成而成，图1为CMOS LDO的典型功能图。

对于手机来说，主要分成射频，基带，PMU三大功能单元。PMU虽然可以满足其中大部分供电的需求，而对于射频部分的供电，摄像头模组的供电，GPS，以及WIFI部分新增的供电需求，由于PMU本身更新的速度，以及考虑成本、散热问题，并不能满足，需要通过额外的电源供应。SGMICRO的LDO产品本身有着极低的静态电流，极低的噪声，非常高的PSRR，以及很低的Dropout Voltage(输入输出电压差)，可以大部分满足在这些应用条件下的供电要求。

在手机应用中，LDO的PSRR、输出噪声、启动时间这几个参数直接影响手机性能的好坏，需要根据实际应用情况选择合适参数以及考虑布线。在选择外围器件方面，则要注意以下七点：

1. 输出电容的选择影响了LDO的稳定性,瞬态响应性能,以及输出噪声Vrms的大小

2. 输入电容的选择影响 瞬态响应性能, EMI和PSRR

3. 滤波电容影响了输出纹波、PSRR和瞬态响应性能及启动时间

4 防止电流倒灌，静态电流的大小

5. 线路设计要考虑抑制输入电压过冲(稳压管的选用与否)

6. 布线影响散热的效率(Tdie<100℃)

7. 根据系统要求选择合适启动时间

图1：CMOS LDO的基本架构及简单应用线路图

LDO的以下几个参数在手机设计中特别重要：

LDO的稳定性与瞬态响应。由于负载电流动态变化大，要求LDO的稳定性与瞬态响应性能好，否则导致系统工作异常。

PSRR参数。PSRR参数直接影响射频模块部分地接收灵敏度。如果用在音频部分，能够抑制手机中的EMI干扰，使声音的表现力更好。

LDO的输出噪声。这直接关系到输出电源的干净与否。

LDO的启动时间。启动时间跟系统设计的上电时序息息相关，直接影响系统的工作与否。

LDO 推荐的PCB设计。在设计过程中，需要将输入电容Cin与输出电容Cout尽量靠近LDO。在LDO的应用中，热设计往往是一个容易忽视的地方，需要考虑不同功率情况下选用合适的封装，常见的有三种，SC70、SOT23和DFN-6。以射频模块部分供电为例，SC70封装，本身允许散热功率通常在0.2W以内：

PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd <0.2W

Vin=Vbattery=3.6V以上，Vout通常是2.8V，如果电流超过250mA会导致不稳定,而SOT23的封装允许散热在0.4W左右，更加适合该部分的应用。如果从芯片尺寸考虑，可以选用DFN封装，可以兼顾散热要求(PD>0.4W)。

SG MICRO(圣邦微电子)作为新兴的半导体供应商，也推出了一系列的LDO产品：通用LDO(三端稳压),射频LDO（PSRR可以达到73DB@1kHZ）,高精度LDO(满负载0~300mA，全温度范围-40~125℃，精度1.6%)。以射频LDO SGM2007为例，输出噪声为30μVrms，输出压差为300mV(全温度范围，全负载0-300mA)，静态功耗低至77μA，关断电流小于10nA，PSRR在1kHz时为73db，216.67Hz为78dB。LDO SGM2007具有过热保护和过流保护功能，启动时间在20μS以内。