在LDO與DC/DC中怎么選擇 LDO電容與噪聲怎么考量

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器輸出電壓條件很嚴(yán)苛，這才有了LDO類的電壓轉(zhuǎn)換芯片的誕生。在LDO的選擇和設(shè)計(jì)上，常常令人犯難。首先我們不僅要考慮輸入電壓的類型和范圍，例如穩(wěn)壓器前面的DC/DC變換器或者開關(guān)電源的輸出電壓。其他需要考量的因素也不少，輸出電壓、最大負(fù)載電流、最小壓差、靜態(tài)電流以及功耗等等。

LDO和DC/DC的抉擇

眾所周知DC/DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)在于效率高、大電流輸出、小靜態(tài)電流。隨著器件的集成度越來(lái)越高，不少新型的DC/DC轉(zhuǎn)換器僅需要幾只外接電感器和濾波電容器即可。美中不足的是這一類電源控制器的輸出脈動(dòng)和開關(guān)噪聲偏大，成本也相對(duì)偏高。LDO需要的外接元件也不多，一般只需要一到兩個(gè)旁路電容即可。相比DC/DC器件，LDO壓降低、噪聲低、成本也更低。 二者因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理的不同，從效率上來(lái)說(shuō)，DC/DC的效率會(huì)普遍的高于LDO。如果輸入電壓和輸出電壓很接近，那么LDO穩(wěn)壓器也能達(dá)到很高的效率；但如果并不接近，壓降太大，消耗在LDO上的能量會(huì)增加不少，影響效率，這時(shí)候就需要考慮開關(guān)型DC/DC了。 效率只是一方面，DC/DC因?yàn)殚_關(guān)頻率的原因，電源噪聲會(huì)很大，而且遠(yuǎn)比LDO大得多。一旦涉及比較敏感的模擬電路，這時(shí)候就有必要犧牲效率來(lái)保證電源的純凈。尺寸也是在二者之間權(quán)衡時(shí)需要取舍的，DC/DC需要的外圍器件例如電感、二極管、電容自不用說(shuō)，有的還會(huì)需要MOSFET，在外圍器件的選擇上比LDO復(fù)雜了太多同時(shí)尺寸也會(huì)更大。

旁路電容與LDO相輔相成

上面說(shuō)到，LDO需要的外接元件也不多，一般只需要一到兩個(gè)旁路電容即可。雖然簡(jiǎn)單，但是旁路電容卻十分重要。旁路輸出電容自帶的寄生等效串聯(lián)電阻（ESR）會(huì)直接影響LDO控制環(huán)路的穩(wěn)定性。

（超低壓降穩(wěn)壓器，TI） 寄生等效串聯(lián)電阻（ESR）在LDO環(huán)路中添加一個(gè)零點(diǎn)的同時(shí)引入一個(gè)極點(diǎn)。當(dāng)旁路電容寄生等效串聯(lián)電阻較高時(shí)，會(huì)將零點(diǎn)轉(zhuǎn)移至較低的頻率，增大環(huán)路帶寬導(dǎo)致極點(diǎn)增加更多的相移造成環(huán)路不穩(wěn)定，表現(xiàn)為L(zhǎng)DO產(chǎn)生振蕩。LDO可以與很多小型的陶瓷電容配合使用，前提是這些電容的寄生等效串聯(lián)電阻（ESR）足夠低。一般為了保證LDO控制環(huán)路的穩(wěn)定性，電容至少1μF且寄生等效串聯(lián)電阻最大不超過(guò)1Ω。 另外輸出電容會(huì)影響調(diào)節(jié)器對(duì)負(fù)載電流變化的響應(yīng)，因?yàn)榭刂骗h(huán)路的大信號(hào)帶寬有限，輸出電容需要能夠提供快速瞬變所需的絕大部分負(fù)載電流。因?yàn)殡娙菘刹捎玫碾娊橘|(zhì)各不相同，其特性在直流表現(xiàn)上也不盡相同。有些直流偏置特性不佳的電介質(zhì)就不適合與LDO一起使用。

噪聲如何抑制？

LDO的噪聲來(lái)源分為內(nèi)部噪聲與外部噪聲，內(nèi)部噪聲可能來(lái)自電路的帶隙基準(zhǔn)源、放大器以及晶體管。器件這一部分抑制噪聲通常不會(huì)表明在器件手冊(cè)中，數(shù)據(jù)表中的PSRR是LDO抑制來(lái)自輸入的外部噪聲能力。

（超低噪聲LDO設(shè)計(jì)，ADI） 為了抑制這種內(nèi)部噪聲，如果選擇降低誤差放大器的帶寬，這樣雖然可以有效地降低帶隙基準(zhǔn)源的高頻噪聲，但是降低的帶寬一定會(huì)使LDO的動(dòng)態(tài)性能降低。如果不希望LDO的動(dòng)態(tài)性能降低，可以在帶隙基準(zhǔn)源和誤差放大器之間加低通濾波，也可以在反饋電阻上增加前饋電容。 外部噪聲的抑制更多的需要LDO在內(nèi)部設(shè)計(jì)上做文章，也可以通過(guò)增加額外的濾波器/旁路電容來(lái)減小噪聲。不過(guò)考慮到增加額外器件會(huì)增加成本與體積，合理且靈活的內(nèi)部設(shè)計(jì)更重要一些。

小結(jié)

用于模擬和射頻負(fù)載的LDO一般看重低噪聲和高電源抑制能力，器件需要能夠抑制住上游電源和下游負(fù)載的噪聲，而且自身不增加噪聲。這和模擬器件對(duì)噪聲更敏感有關(guān)。而LDO用于數(shù)字負(fù)載尤其看重功耗，對(duì)噪聲的要求就沒(méi)有那么嚴(yán)格，為了響應(yīng)軟件導(dǎo)致的負(fù)載變化而發(fā)生的時(shí)鐘頻率變化對(duì)LDO的負(fù)載調(diào)整能力提出了非常嚴(yán)格的要求，這需要注意。 總的來(lái)看，如果DC輸入電壓是由經(jīng)整流的AC電源提供，那么標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器可能是更好的選擇，畢竟成本低而且負(fù)載電流大；如果需要低功耗的精密輸出電壓，那LDO無(wú)疑是更合適的選擇。