隨著便攜式產(chǎn)品越來越多，產(chǎn)品的功能，性能的提升，它們對電源管理的要求也更高了，這里跟大家探討的是CMOS LDO在便攜式產(chǎn)品中的應(yīng)用。便攜式產(chǎn)品在大多數(shù)情況下是靠電池供電，內(nèi)部(即電池后端)的電源管理有DC/DC和LDO兩種實(shí)現(xiàn)方式，各有優(yōu)缺點(diǎn)。正常工作時(shí)，DC/DC模塊能提供給系統(tǒng)穩(wěn)定的電壓，并且保持自身轉(zhuǎn)換的高效率，低發(fā)熱。但在一些應(yīng)用條件下，比如工作在輕載狀況下或是給RF供電時(shí)，DC/DC的靜態(tài)電流及開關(guān)噪聲就顯得比較大了， CMOS LDO正好可以滿足在這些應(yīng)用條件下的供電要求，CMOS LDO有著極低的靜態(tài)電流，極低的噪聲，較高的PSRR(電源紋波抑制比)，以及較低的Dropout Voltage(輸入輸出電壓差)。

　　CMOS LDO產(chǎn)品的特點(diǎn)

　　1.CMOS LDO的自身功耗：

　　CMOS LDO在正常工作時(shí)，存在自身的功耗，可以大概表示為：

　　Pd=(Vin-Vout)×Iout+Vin×Iq，

　　由這個(gè)式子可以看出，重載以及大輸入輸出電壓差都會增大Pd，從而降低LDO的轉(zhuǎn)換效率。然而當(dāng)Iout=0時(shí)，Iq決定LDO的功耗，而CMOS LDO的Iq僅有1uA~80uA，使得LDO自身幾乎沒有功耗。

　　如在TCXO(溫度補(bǔ)償晶振)電源中，其只需要5mA的負(fù)載電流，Vout固定，若能控制Vin的值僅稍大于Vout+Vdrop，(一般地，CMOS LDO的Vdrop在Iout=5mA條件下，其值為5mV~10mV)，則LDO的自身功耗Pd在不到1mW，這取決于方案設(shè)計(jì)工程師在應(yīng)用電路中的設(shè)計(jì)。

　　現(xiàn)在更多的工程師，將DC/DC與LDO共同設(shè)計(jì)進(jìn)電源管理方案中，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)，開關(guān)型轉(zhuǎn)換器存在一定的噪聲干擾和高靜態(tài)電流等問題，這種情況在處理器供電應(yīng)用中尤為突出。開發(fā)商為了讓處理器在不執(zhí)行指令時(shí)保持極低的電能消耗，往往把產(chǎn)品設(shè)置為“深度睡眠模式”和“喚醒工作模式”兩種狀態(tài)。

　　而如果在“深度睡眠模式”下仍然采用開關(guān)型轉(zhuǎn)換器，其噪聲和靜態(tài)電流性能反而不如LDO優(yōu)越?；谶@種情況，已經(jīng)有廠商針對處理器(例如基帶處理器)供電應(yīng)用推出了LDO與開關(guān)型轉(zhuǎn)換器雙模系統(tǒng)。當(dāng)處理器處于“喚醒工作模式”時(shí)，系統(tǒng)通過芯片內(nèi)部開關(guān)切換成PWM模式，LDO輸出為高阻態(tài)，為處理器提供較高的電壓和較大的電流;而當(dāng)處理器處于“深度睡眠模式”時(shí)，系統(tǒng)通過芯片內(nèi)部開關(guān)切換成LDO模式，SW輸出為高阻態(tài)，為處理器提供較低電壓和微小電流。

　　2.CMOS LDO的穩(wěn)定性：

　　典型LDO應(yīng)用需要增加外部輸入和輸出電容器。LDO穩(wěn)定性與輸出電容的ESR密切相關(guān)，選擇穩(wěn)定區(qū)域比較大的LDO有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并可以降低系統(tǒng)板的尺寸與成本。利用較低ESR的電容一般可以全面提高電源紋波抑制比、噪聲以及瞬態(tài)性能。

　　陶瓷電容器由于其價(jià)格低而且故障模式是斷路，通常成為首選;相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。請注意，輸出電容器的ESR 會影響其穩(wěn)定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10mΩ量級，而鉭電容器ESR在100 mΩ量級。

　　另外，許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大，會對LDO性能產(chǎn)生不利影響。BCD的CMOS LDO產(chǎn)品采用ESR范圍在10mΩ~100Ω的輸出電容就可以滿足全負(fù)載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

　　3.電路簡單及價(jià)格低：

　　LDO的應(yīng)用電路都比較簡單，除了LDO自身以外，只需要2顆電容，個(gè)別產(chǎn)品還需要一顆bypass電容?？偣仓恍枰?~4顆原件。如此簡單的電路在成本也就相應(yīng)很低了。

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　　4.電路所需PCB面積?。?/p>

　　CMOS LDO的Cin和Cout大多小于等于2.2uF，這樣的容值，0603封裝就可以做到了，LDO的封裝一般只是SOT-23或SC-70,整個(gè)電路在PCB上的面積只有20mm2~30mm2，極大的節(jié)省了電路板的空間。

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　　CMOS LDO產(chǎn)品的應(yīng)用

　　由于CMOS LDO產(chǎn)品的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了其較低靜態(tài)工作電流的特性，使得其非常適合在電池供電的手持設(shè)備系統(tǒng)中應(yīng)用。下面以PHS手機(jī)為例來說明CMOS LDO的應(yīng)用和選擇。

　　1.Baseband Chipset Power Supply

　　Baseband數(shù)字電路部分的工作電壓在1.8V~2.6V之間，當(dāng)手機(jī)鋰電池的電壓降到3.3V~3.2V時(shí)，手機(jī)將關(guān)機(jī)，這時(shí)電池到BB工作電壓的壓差為500mV~600mV,對于CMOS LDO來說，這么大的工作電壓和壓差使LDO正常工作不是問題，低噪音和高PSRR都不是問題，而對BB工作在輕載時(shí)LDO的靜態(tài)電流要求要非常小。Baseband模擬電路部分的工作電壓在2.4V~3.0V，與手機(jī)最低工作電壓的差值為200mV~600mV，同時(shí)，需要在低頻時(shí)(217Hz)有較高的PSRR，用以抑制RF部分對電池的干擾。此外，這顆LDO的會始終處于工作狀態(tài)，所以也要求有極低的靜態(tài)電流。

　　2.RF Power Supply

　　RF電路需要2.6V~3.0V的工作電壓。在電路中，如低噪音運(yùn)放(LNA),up/down converter,mixer,PLL,VCO,和IF stage都要求很低噪音和很高PSRR的LDO

　　3.TCXO Power Supply

　　溫度補(bǔ)償晶振(TCXO)需要的是一顆極低噪音并帶有enable pin的LDO，盡管TCXO只需要5mA的工作電流，但它同樣要一顆單獨(dú)的高PSRR的LDO為其供電，來隔離其他噪聲源，如RF產(chǎn)生的低頻脈沖噪聲。

　　4.RTC Power Supply

　　RTC電源會一直處于工作狀態(tài)，即使在手機(jī)關(guān)機(jī)以后。因此它需要一顆極低靜態(tài)電流的LDO，同時(shí)，這顆LDO要求具有小的反向漏電流的保護(hù)功能。

　　5.Audio Power Supply

　　在手機(jī)音頻電源方面，會用到300mA~500mA稍大電流的CMOS LDO，同時(shí)，也要求在音頻范圍內(nèi)(20Hz~20kHz)有低噪音和高PSRR的特性,來保證良好的音質(zhì)要求。

　　CMOS LDO產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想

　　以下著重從Noise方面來闡述CMS LDO的設(shè)計(jì)思想。

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　　從上面這個(gè)框圖可以看出，方案一比方案二要多封裝出來一個(gè)Pin，這個(gè)Pin一般稱作”Bypass”，對于這個(gè)Bypass管腳的作用描述往往是：An external bypass capacitor, connected to this terminal, in conjunction with an internal resistor, creates a low-pass filter to further reduce regulator noise.(Bypass腳外接一個(gè)電容，與電路內(nèi)部的電阻組成低通濾波器，用以減小Regulator的輸出噪聲)。因?yàn)榧恿诉@個(gè)Bypass電容(一般10nF)，LDO對Enable(使能)響應(yīng)速度會變慢(從us級到ms級)。因此如果LDO的應(yīng)用場合沒有低噪聲的要求或?qū)υ肼曇蟛桓?，一般建議可不加這個(gè)電容。