1、LDO

Low Dropout Regulaor，低压差线性稳压器，属于线性电源。
晶体管工作在线性区（即放大区）。其内部结构如下：

1.1、工作原理

LDO内部基本都是由4大部件构成，分别是分压取样电路、基准电压、误差放大电路和晶体管调整电路。

工作原理就是：参考电压Vref和反馈电压FB（VOUT通过两个电阻分压）分别接在误差放大器的反向和正向端，然后输出误差量，再通过误差放大电路调整输出电压大小，达到输出稳定。当输出电压增大时，FB增大，放大器输出电压增加，PMOS管的G极电压增大，Usg减小，PMOS的输出电流和电压较小，形成了一个负反馈系统。

晶体管输出电压就是输入电压减去导通电压，因此控制了导通电压就相当于控制了LDO的输出电压了。当输出电压与基准电压相差较大的时候，比较器输出信号变强，从而晶体管压降变小，输出电压变小，从而基准电压与输出电压变得更加接近。

1.2、性能指标

（1）输入输出压差(Dropout Voltage(压差))

压差是指输入电压进一步下降而造成LDO不能再调节时的输入至输出电压差。在压差区域内，调整元件作用类似于电阻，阻值等于漏极至源极导通电阻（RDSON）,压差可以RDSON和负载电流表示：

对于LDO来说，输入电压是高于输出电压的，但是两者压差一般都是很小，LDO的输入电流几乎等于输出电流，因此压差越大，效率越低（本身吃掉了很多能量电流×晶体管压降），压差越小，LDO电压转换效率越高以及能量损耗越小。

LDO需要保持一定的输入输出电压差才能保持输出电压的稳定。LDO的最小电压差被定义为跨过它的电压低至它开始不能维持其稳定输出电压时的输入输出电压差。

(2)电源抑制比（Power supply rejection ratio（电源抑制比））：

PSRR是用来量化LDO对不同频率的输入电源纹波的抑制能力的，它反映了LDO不受噪声和电压波动、保持输出电压稳定的能力。

这个指标是反应输入纹波噪声的抑制作用，其数学公式是PSRR(dB)=20×log10[V(ripple_in)/V(ripple_out)]，式中，Vripple_in为输入电压纹波，Vripple_out为输出电压纹波。根据公式可知，PSRR越大，表明LDO对于纹波的抑制效果越好。PSRR与频率有关,一般而言PSRR越大,LDO性能越好。

PSRR是许多LDO稳压芯片数据手册中的公共技术要求，有些手册里可能未列出该参数。它规定了某个频率的AC元件从输入到LDO输出的衰减程度，通俗的讲，是指LDO输出对输入纹波噪声的抑制作用，这也是很多场合在DC/DC后级另加一颗LDO的原因（特别是后面接模拟传感器或者ADC/DAC时）。高PSRR的LDO对输出纹波的抑制效果还是很明显的。

(3)Noise（噪声性能）

不同于PSRR，噪声是指LDO自身产生的噪声信号，低噪声的LDO稳压芯片可以很好的降低LDO产生的额外噪声，输出的电压更纯净，噪声一般计算出的值是有效值(rms)，也可以用peak to peak来分析。

(4)LDO动态性能：

一些应用场合，负载变化剧烈，那么这时候这个参数就非常重要了，除了通过增加输出电容来确保动态性能外，也尽量选用动态性能好的LDO芯片。

(5)LDO温度性能：

LDO工作效率相对DC-DC稳压芯片而言很低，那怎么去校验一个LDO是否合适呢？首先计算功耗Pd=（Vin-Vout）Iout，其次计算温升，一般芯片手册里会说明温度性能与温升的计算公式，总之一句话，不能因为LDO芯片带负载工作时在指定的工作温度范围内烧坏了。这里要强调的是不同的封装，其LDO芯片的温度性能是不一样的。

(6)LDO静态电流：

一般电池供电的场合对静态电流会有比较高的要求，一般LDO芯片的静态电流的大小与芯片的其他性能成反关系，如低噪声，高电源电压抑制比，动态性能好的LDO静态电流都偏大一些。

(7)Line Transient Response （输入电压瞬态响应）

输入电压瞬态响应是指输入电压阶跃变化时输出电压的变化。它与LDO控制环路的增益带宽以及输入电压变化的大小和速率有关。同样， 跟在负载瞬态下一样， 输入电压的变化速率也对输入瞬态响应有较大的影响。 当输入电压缓慢变化（在 LDO 的带宽内只出现一个凹陷）时，可隐藏振铃或其他异常行为。

(8)Load Transient Response (负载瞬态响应)

负载瞬态响应是指负载电流阶跃变化时的输出电压的变化。它与输出电容值、电容等效电阻（ESR）、LDO环路增益带宽以及负载电流变化的大小和速率有关。

如果负载变化速率非常缓慢，LDO控制环路会跟踪到该变化做出补偿响应。但是如果负载瞬态响应很快环路来不及补偿，可能会出现异常行为比如低相位裕量导致振铃。

(9)Efficiency （效率）

LDO的效率公式如下：

想提高LDO效率，需要最大程度的缩小输入与输出之间的电压差，也要最大程度的降低接地电流。

(10)Shutdown Current （关断电流）

关断电流是指输出禁用时LDO消耗的输入电流。在关断模式下，参考电路和误差放大器不工作。关断电流会随温度的升高而增加。

（11）Quiescent and Ground Current （静态电流与接地电流）

静态电流（IQIQ​） 是指当外部负载电流为零时为LDO内部电流供电消耗的电流。它包括基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流过温检测等电路的工作电流。静态电流由拓扑结构、输入电压和温度确定。

一般来说，静态电流不随输入电压的变化而变化，几乎恒定不变。一般在1uA以下，越小越好。

接地电流（IGNDIGND​） 是指输入电流与输出电流之差，并且必然包括静态电流。接地电流可最大程度的提高效率。一般来说，接地电流会随着负载电流增大而增大。

对于高性能的CMOS LDO，接地电流通常远小于负载电流的1％。接地电流会随负载电流的增加而增加，因为PMOS调整元件的栅极电流增加来补偿因RON引起的压降。

2、器件选型

以下是选择LDO器件必须考虑的因素：

2.1、Vin(min)/Vin(max)

需要考虑输入电压是否能驱动LDO内部调整管。

（1）Vin(min)

Vin(min) > 2.5V:可以考虑使用PMOS类型的LDO
Vin(min) > 1.0V:需要使用外加偏置电路或内置电荷泵升压偏置的NMOS型LDO

（2）Vin(max)

对于一般LDO，最大输入电压会分为5.5V/14V/28V/36/60V

2.2、Vout

LDO输出电压有固定的和可调式的，如下示意：

固定输出电压的LDO具有内部反馈网络，输出电压可调的LDO要使用外部反馈网络，它提供了更多的灵活性。一些输出可调的器件同时也具有内部反馈网络，因此也可作为固定输出版本使用。
输出电压精度一般为2%/5%。

2.3、Iout

需要知道最大负载电流是多大，选型需要满足要求。电流与输出输出压差决定了功耗，电流过大需要考虑散热问题。

2.4、线性调整率

稳压器输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之比。线性调整率越小越好。

2.4、负载调整率

在给定负载变化下的输出电压的变化，这里的负载变化通常是从无负载到满负载。负载调整率越小越好。

2.5、电源纹波抑制比(PSRR)

稳压器抑制由输入电压造成的输出电压波动的能力。线性调整率只有在直流电时才需要考虑，但是电源抑制比必须在宽频率范围上考虑。PSRR是一个用来描述输出信号受电源影响的参量，PSRR越大，输出信号受到电源的影响越小。

2.6、瞬态响应

负载电流突变时引起的输出电压的最大变化，它是输出电容及其等效串联电阻和旁路电容的函数。其中输出电容的作用是提高负载瞬态响应的能力，也起到了高频旁路的作用。

2.7、静态电流

是通路元件的偏流和驱动电流的组合，通常保持尽可能低的水平。静态电流越大，稳压器的效率越低。

2.8、最大耗散功率

为了确保LDO节点温度不至于过高而损坏，LDO都必须计算最大耗散功率。LDO的实际耗散功耗要小于最大耗散功率，否则可能损坏LDO芯片。

LDO的负载电流或输入输出电压差降增加时 ，会迅速导致功耗的增加，在选择LDO的封装时必须考虑到这一因素，确保其可以承担这一功耗。表面贴装类型的LDO所允许的最大功耗与封装类型、PCB布局和环境温度有关。通过将容许LDO最高结温和环境温度之间的差值 (TJUNCTIONmaxTJUNCTIONmax​ - TAMBIENTmaxTAMBIENTmax​)除以结点到环境之间的热阻θJAθJA​可以计算出容许的最大功耗(PDmaxPDmax​)。规格书中列出了热阻θJAθJA​的值，但需要切记这个值是根据JEDEC的方法得出的，在使用时最好是稍微保守一点。使用时不能超过500mW，这个值。

2.9、 输出自放电

带自放电功能的LDO，能尽快泄放输出电容上的能量，保证LDO尽快关闭，下次开启是从0电压。坏处是如果外部有电压加到或者串到VOUT上，因为VOUT上的Rdischg电阻，会有一定的耗流产生，确定不会有串电到VOUT上用带自放电的LDO比较好。

2.10、软启动

可编程软启动有助于减小启动时的浪涌电流和提供上电顺序。对于启动时要求浪涌电流受控的应用，有些LDO提供了可编程的软启动（SS）功能。为了实现软启动，在SS和地引脚之间需要连接一个小的陶瓷电容。

2.11使能输入

LDO使能电平高低用于启动或关断LDO。使能输入允许外部控制LDO的关闭和启动，这是多电压轨系统中调整电源上电顺序的一个重要特性。尽量不要让SS引脚与VIN连接，在上电的时候会导致FB电压缓升，导致过冲。

3、调试问题

在调试过冲中，发现在上电过程中存在560us过冲，内部框图如下：

下图为抓取VOUT/VFB波形图。

解决方法：
（1）增大电容：过冲无明显变变小，甚至会导致稳定时间变长，出现抖动。
（2）增加ESR：过冲有变小，但是无法完全消除，FB处仍然有过冲。
（3）在可调电阻，连接在VOUT端并联一个100pf/50V的电容，过冲有明显改善，FB过冲减小；更改电容为220pf/50V，此时输出/FB均无过冲。