線性穩(wěn)壓器集成電路（IC）將電壓從較高電壓降至較低電壓，且無需電感。低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器是一種特殊類型的線性穩(wěn)壓器，其壓差（需要保持穩(wěn)壓的輸入和輸出電壓之間的差值）通常低于400 mV。早期的線性穩(wěn)壓器設計提供大約1.3 V的壓差，這意味著對于5 V的輸入電壓，器件進行調節(jié)可實現(xiàn)的最大輸出僅為3.7 V左右。然而，在當今更復雜的設計技術和晶圓制造工藝條件下，"低"大致定義為<100mV到300mV左右。

 

此外，雖然LDO穩(wěn)壓器通常是任何給定系統(tǒng)中成本最低的元件之一，但從成本/效益角度來說，它往往是最有價值的元件之一。除了輸出電壓調節(jié)之外，LDO穩(wěn)壓器的另一個關鍵任務是保護昂貴的后端負載免受惡劣環(huán)境條件的影響，例如電壓瞬變、電源噪聲、反向電壓、電流浪涌等。簡而言之，其設計必須堅固耐用，包括所有的保護功能，以抑制在保護負載的同時由環(huán)境帶來的性能影響。許多低成本的LDO線性穩(wěn)壓器因沒有必要的保護功能而失效，不僅會對穩(wěn)壓器本身造成損害，而且還會損壞后端負載。

 

1.LDO穩(wěn)壓器與其他穩(wěn)壓器的比較

 

降壓轉換和調節(jié)可以通過各種方法來實現(xiàn)。開關穩(wěn)壓器可在很寬的電壓范圍內高效工作，但需要外部元件（如電感和電容）才能工作，因此占用的電路板面積相對較大。無電感電荷泵（或開關電容電壓轉換器）也可用來實現(xiàn)更低的電壓轉換，并且通常工作效率更高（取決于轉換區(qū)域），但輸出電流能力受限，瞬態(tài)性能較差，并且與線性穩(wěn)壓器相比，需要更多的外部元件。

 

新一代高電流、低電壓的快速數(shù)字IC（如FPGA、DSP、CPU、GPU和ASIC）對內核和I/O通道供電電源提出了更嚴格的要求。過去，由于電荷泵不能提供足夠的輸出電流和瞬態(tài)響應，因此這些器件一直采用高效的開關穩(wěn)壓器供電。但是，開關穩(wěn)壓器存在潛在的噪聲干擾問題，有時它們的瞬態(tài)響應較慢，并且布局受限。因此，在這些應用以及其他低壓系統(tǒng)中，可采用LDO穩(wěn)壓器代替。得益于近來的產(chǎn)品創(chuàng)新和功能增強，LDO穩(wěn)壓器具有更受歡迎的一些性能優(yōu)勢。

 

此外，當涉及對噪聲敏感的模擬/射頻應用（常見于測試和測量系統(tǒng)中，其機器或設備的測量精度需要比被測實體高幾個數(shù)量級）時，相對于開關穩(wěn)壓器，LDO穩(wěn)壓器通常是優(yōu)選。低噪聲LDO穩(wěn)壓器為各種模擬/射頻設計供電，包括頻率合成器(PLL/VCO)、射頻混頻器和調制器、高分辨率的高速數(shù)據(jù)轉換器（ADC）以及精密傳感器。然而，這些應用的靈敏度已經(jīng)達到了傳統(tǒng)低噪聲LDO穩(wěn)壓器的測試極限。例如，在許多高端VCO中，電源噪聲直接影響VCO輸出相位噪聲（抖動）。

 

此外，為了滿足整體系統(tǒng)效率的要求，LDO穩(wěn)壓器通常用于對噪聲相對較高的開關轉換器的輸出進行后級調節(jié)，因此LDO的高頻電源紋波抑制(PSRR)性能變得至關重要。再者，與業(yè)界標準的開關穩(wěn)壓器相比，LDO穩(wěn)壓器的噪聲水平可降低兩到三個數(shù)量級，從mV (rms)范圍降至μV (rms)范圍。目前共模半導體推出的最低壓差僅150mV的GM1203系列產(chǎn)品比開關穩(wěn)壓器的效率還要高，也特別適合低輸入電壓的應用，能有效替代TPS7A84和TPS74401等低壓低噪大電流LDO產(chǎn)品。當輸入電壓較高時，GM1204、GM12041和GM12046等產(chǎn)品能提高高達3A負載電流并能實現(xiàn)輸出電壓噪聲低于10μVRMS，有效替代LT1764、LT1963和ADM7172等高性能LDO產(chǎn)品。

 

共模超低噪聲LDO產(chǎn)品系列

 

LDO設計挑戰(zhàn)

一些集成電路，如運算放大器、儀表放大器和數(shù)字轉換器（如數(shù)模轉換器(DAC)和模數(shù)轉換器(ADC)），均稱為雙極性，因為它們需要兩個輸入電源供電：一個正電源和一個負電源。正供電軌通常由開關穩(wěn)壓器供電，或者是由更好的線性或低壓差穩(wěn)壓器供電。負供電軌傳統(tǒng)上由負開關穩(wěn)壓器或逆變器供電。但是，基于電感的開關穩(wěn)壓器很容易將噪聲引入系統(tǒng)。隨著負輸出穩(wěn)壓器的出現(xiàn)，負輸出LDO穩(wěn)壓器用于負系統(tǒng)軌供電更具優(yōu)勢，它可以充分利用LDO穩(wěn)壓器的所有特性（無電感、低噪聲、更高PSRR、快速瞬態(tài)響應和多重保護）。較舊的老式LDO穩(wěn)壓器PSRR和噪聲性能要差很多，雖然仍然可以使用它們創(chuàng)建這類低噪聲電源，但卻需要大量額外的元件、電路板空間，并花費大量的設計時間才能將系統(tǒng)整合在一起。這些額外的元件也會依其特性（如寄生電阻等）對功率預算產(chǎn)生負面影響。

 

共模半導體的20V和40V正壓LDO系列如GM1207和GM1400，-10V和-40V負壓LDO系列如GM1206和GM1402等能夠為雙極性精密信號鏈系統(tǒng)提供干凈的電源，節(jié)省電路調試優(yōu)化時間并降低電路板空間。

 

客戶使用運算放大器、ADC或其他信號鏈元件還將面臨另一個系統(tǒng)性能的難題：這些IC的電源抑制能力有限，更糟糕的是，高頻時的電源抑制能力可能會顯著降低。在過去，這意味著需要在電路板上使用額外的濾波元件，但這會增加解決方案的尺寸。此外，如果設計人員試圖獲得更高的精度，一旦穩(wěn)壓器電源噪聲過高，則可能產(chǎn)生更多麻煩，這會導致測量場景出現(xiàn)不希望的變化。

 

許多業(yè)界標準的線性穩(wěn)壓器采用單電壓供電執(zhí)行低壓差工作，但大多數(shù)無法同時實現(xiàn)低輸出噪聲，極低電壓轉換、寬范圍輸入/輸出電壓以及廣泛的保護功能。P型管 LDO穩(wěn)壓器可實現(xiàn)壓降并在單電源下運行，實現(xiàn)低壓差、高輸入電壓、低噪聲、高PSRR以及極低的電壓轉換。而基于N型管的器件可提供快速瞬態(tài)響應，但它們需要兩個偏置電源為器件供電。

 

為了獲得優(yōu)質的整體效率，許多高性能模擬和射頻電路采用LDO穩(wěn)壓器對開關轉換器的輸出進行后級調節(jié)來供電。這需要在LDO穩(wěn)壓器在輸入至輸出電壓差很小時具有高PSRR和低輸出電壓噪聲。具有高PSRR的LDO穩(wěn)壓器可以輕松過濾和抑制來自開關穩(wěn)壓器的輸出噪聲，而無需體積龐大的濾波元件。此外，器件在寬帶范圍內的低輸出電壓噪聲對當今的供電軌很有好處，因為噪聲靈敏度是其中的關鍵考慮因素。高電流時的低輸出電壓噪聲顯然是必備規(guī)格要求。共模公司的GM1200、GM1205和GM12051能在在低頻處1kHz處提供120dB的PSRR和高頻1MHz處提供60dB以上的PSRR，極大程度抑制前級開關穩(wěn)壓器的紋波，為后級負載提供干凈的電源，能有效替代LT3042、LT3045、LT3041和ADM7151等高性能低噪聲LDO。

 

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