如何为便携式设备选择LDO

在选择低压降线性调节器(LDO)时，需要考虑的基本问题包括输入电压范围、预期输出电压、负载电流范围以及其封装的功耗能力。但是，便携式应用需要考虑更多问题。接地电流或静态电流(IGND或IQ)、电源波纹抑止比(PSRR)、噪声与封装大小通常是为便携式应用决定最佳LDO选择的要素。

输入、输出以及降低电压

选择输入电压范围可以适应电源的LDO。表1列出了便携式设备所采用的、流行的电池化学物质的电压范围。

在确定LDO是否能够提供预期输出电压时需要考虑其压降。输入电压必须大于预期输出电压与特定压降之和，即VIN>VOUT+VDROPOUT。如果VIN降低至必需的电压以下，则我们说LDO出现“压降”。输出等于输入减去旁路元件的RDS(on)乘以负载电流。

需要注意压降时的性能变化。驱动旁路晶体管的误差放大器完全打开或者出于“待发状态”(cocked)，因此不产生任何环路增益。这意味着线路与负载调节很差。另外，PSRR在压降时也会显著降低。

选用可提供预期输出电压的LOD作为节省外部电阻分压器成本与空间的固定选项，外部电阻分压器一般用于设置可调器件的输出电压。利用可调LDO可以设置输出，以提供内部参考电压，其一般为1.2V左右，只需把输出连接到反馈引脚。请与厂商确认是否具备该功能。

负载电流要求

通考虑负载需要的电流量并据此选择LDO。请注意：额定电流为比如150mA的LDO可能会在短时间内提供高出很多的电流。请查验最低输出电流限值规范，或者咨询有关厂商。

封装与功耗

便携式应用本质存在空间限制，因此解决方案的大小至关重要。裸片可以最小化尺寸但是缺乏封装的诸多优势，如：保护、行业标准以及能够被现有装配架构轻松采用等特性。芯片级封装(CSP)能在提供裸片的尺寸优势的同时还可以带来封装的许多优势。

在无线手持终端市场需求的推动下，CSP产品正不断推陈出新。例如，已推出的采用0.84×1.348mm CSP的德州仪器(TI) 200mA RF LDO(参见图1)采用可实现轻松装配以及高板级可靠性的技术。

图1：与SOT-23和SC-70封装相比，采用芯片级封装的LDO同时具备裸片的尺寸优势与封装优势。

其他小型封装包括流行的3×3mm SOT-23、小型2.13×2.3 mm SC-70以及亚1毫米高度封装、Thin SOT及无引线四方扁平封装(QFN)。由于在下侧采用了能够在器件与PC板之间建立高效散热接触的散热垫，QFN因而可提供更好的散热特性。

请注意不要超过封装的最大功耗额定值。功耗可以采用PDISSIPATION=(VIN-VOUT)/(IOUT+IQ)进行计算。一般来说，封装尺寸越小，功耗越小。但是QFN封装可以提供极佳的散热性能，这种性能完全可与尺寸是其1.5～2倍的众多封装相媲美。

LDO拓扑与IQ

为了最大化电池的运行时间，需要选择相对于负载电流来说静态电流IQ较低的LDO。例如，考虑到IQ只增加0.02％的微不足道的电池消耗，在100mA负载情况下，一般采用200μA的IQ比较合理。

另外，还需要注意的是，由于电池放电特性，某些情况下压降会对电池寿命产生决定性影响。由于碱性电池放电速度较慢，其电源电压在压降情况下可以提供比NiMH电池更多的容量。必须在IQ和压降之间仔细权衡，以便在电池寿命期间获得最大的容量，因此较低的IQ并不能始终保证长电池寿命。

需要注意IQ在双极拓扑中的表现。IQ不但随负载电流变化很大，而且在压降情况下会有所增加。

另外，需要注意在数据表中对IQ是如何规定的。某些器件是在室温条件下规定的，或者只提供显示IQ与温度关系的典型曲线。尽管这些情况有用，但是并不能保证最大的静态电流。如果IQ比较重要，则需要选择在所有负载、温度和工艺变量情况下都能保证IQ的器件，并且需要选择MOS类旁路器件。

表1：电池电压。

输出电容器

典型LDO应用需要增加外部输入和输出电容器。选择对电容器稳定性方面没有要求的LDO，可以降低尺寸与成本，另外还可以完全消除这些元件。请注意，利用较低ESR的大电容器一般可以全面提高PSRR、噪声以及瞬态性能。

陶瓷电容器通常是首选，因为它们价格低而且故障模式是断路，相比之下钽电容器比较昂贵且其故障模式是短路。请注意，输出电容器的等效串联电阻(ESR)会影响其稳定性，陶瓷电容器具有较低的ESR，大概为10豪欧量级，而钽电容器ESR在100豪欧量级。另外，许多钽电容器的ESR随温度变化很大，会对LDO性能产生不利影响。如果温度变化不大，而且电容器和接地之间串联适当的电阻(一般200m)，可以取代陶瓷电容器而使用钽电容器。需要咨询LDO厂商以确保正确的实施。

RF与音频应用

最后，考虑便携式应用中所采用的、专用电路的功率要求。

RF电路(包括LNA(低噪声放大器)、升压/降压转换器、混频器、PLL、VCO、IF放大器和功率放大器)，需要采用具有低噪声和高PSRR的LDO。在设计现代收发系统时应非常小心，以保证低噪声和高线性。

电源噪声会增加VCO的相位噪声，而且会进入接收或发送放大器。在W-CDMA等流行手机技术对频谱再生和邻道功率提出严格要求的情况下，进入放大器的基/栅或收集器/漏极电源的极少量电源噪声就会产生邻道噪声或假信号。

为了满足手机、MP3、游戏以及多媒体PDA应用等便携式设备中的音频需求，可能需要300～500mA的LDO。而且，为了获得良好的音频质量，这种LDO在音频频率(20Hz~20kHz)时应该是低噪声并可提供高PSRR。

作者：LAND APHAM，德州仪器