LDO概述

LDO是Low Dropout Regulator的缩写，意思是低压差线性稳压器。

LDO的性能特点：

低压差是指输入电压与输出电压的差值比较低；

线性是指MOS基本处于线性工作状态；

稳压器是指在正常的VIN范围内，输出VOUT都稳定在一个固定值，这个固定值就是我们想要的电压值。比如VIN电压4.4~5V，VOUT始终保持 3.3V输出；

低压差稳压器(LDO)可提供重要功能，例如将负载与不干净的电源隔离开来或者构建低噪声电源来为敏感电路供电。即输出的电源纹波和噪声比较小，电源质量比较好。

LDO的框图构成

      LDO通常包括一个基准电压源，一个取样输出电压，一个误差放大器以及一个串联调整管组成，使用误差放大器控制稳压器的压降维持输出电压的稳定。实际的芯片内部框图比这个复杂，但是原理是类似的。

    输出电压经过反馈电阻分压到误差放大器输入端，当输出电压高于设定值时，内部回路会改变驱动电压，使得管子的导通压降增大，从而降低输出电压。

LDO的稳压过程

MOS管的输出特性曲线

LDO正常工作在点P1

      当负载电阻降低，输出电流增大， 输出电压Vo降低，VDS增大，工 作点移动到P2反馈电压降低，放大器输出使VGS增大，VDS减小，ID增大。工作点移到P3 ，VF与VREF之差趋于0，个系统恢复了平衡，保持输出电压稳定。

注意事项

所有稳压器都采用反馈回路（Feedback Loop）去保持输出电压的稳定。

反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变，通过在单位增益频率下的相位偏移总量去确定回路的稳定性；

引入的反馈电路必须考虑回路稳定性问题，负反馈越深，容易引起自激振荡。

为了提高放大器在深度负反馈下的工作稳定性，一般采用消振方法为频率补偿（相位补偿）。

由三极管构成的LDO，三极管正常工作时候是在放大区的，这样才能稳定输出电压。

      LDO的效率可以用输出电压比上输入电压进行大致计算。

      LDO的内部调整管可以由两个NPN，或者两个PNP三极管构成，或者是CMOS构成。

LDO参数介绍

LDO的压差

 压差是指为 LDO实现正常稳压，输入电压 VIN 必须高出所需输出电压VOUT的最小压差。

如果 VIN 低于此值，线性稳压器将以压降状态工作，不再调节所需的输出电压

PMOS LDO

    为了调节所需的输出电压，反馈回路将控制漏源极电阻RDS。随着VIN逐渐接近VOUT，误差放大器将驱动栅源极电压VGS负向增大，减小RDS，从而保持输出电压稳定。

     但是，误差放大器输出达到饱和状态以后，无法驱动VGS进一步负向增大，RDS达到其最小值，将此时的RDS值与输出电流IOUT相乘，将得到压降电压。

线性调整率

   线性调整率（Line regulation），定义了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的比值。

要减小线性调整率，可以提高误差运放的放大倍数和增大调整管的跨导。

LDO的线性调整率越小，输入电压变化对输出电压影响越小，LDO的性能越好。

Line Regulation：输入电压在额定范围内变化时,输出电压变化率.

    如图所示，当负载电流不是很大的时候，线性调整率是比较小的，即输入电压对输出电压的影响比较小。

负载调整率

      负载调整率（Load regulation）是指在给定负载变化下的输出电压变化，负载变化通常是从无负载到满负载。

      负载调整率体现了通路元件的性能和稳压器的闭环DC增益。闭环DC增益越高，负载调整率越好。

      负载调整率和误差放大器的放大倍数A及调整管的 跨导有关，为了减小负载调整率可以提高这两个的值。

      LDO 的负载调整率越小，说明LDO 抑制负载干扰的能力越强。

负载调整率的计算公式：

      负载调整率衡量 LDO 在负载条件变化时仍保持额定输出电压的能力。只有当重负载即要求输出电流比较大的情况下，输出电压有比较大的变化，通常情况下负载调整率非常小

电源抑制比（纹波抑制比）

电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio. PSRR)

      LDO优势之一是能够衰减开关电源生成的电压纹波，这对于ADC/DAC、PLL 和时钟等器件非常重要，因为含有噪声的电源电压会影响这类器件的性能。

      LDO的输入源往往存在许多干扰信号，PSRR反应LDO对这些干扰信号的抑制能力。

      PSRR 它规定了特定频率的交流信号从 LDO 输入到输出的衰减程度，该值越大抑制能力越强。

PSRR随频率的变化曲线

      例如，由上图可以知道，当输出电流是150mA.输入与输出的电压差是1V，输出电容是1uF的情况下，1MHZ的时候PMRR是45dB。

    由电源抑制比的计算公式，可知45dB相当于178左右的衰减系数（对数的计算），可知，如果输入端有50mV的纹波，那么在输出端会被降至281uV。

电源抑制比的影响因素

     在不同频率下，各个因素的影响程度会有所不同

     输入电压与输出电压的差值对纹波的抑制比还是有比较大的影响的

     使用大容量，低ESR的电容，再并联小的陶瓷电容，可以有效降低电源的纹波。

      前馈电容器在芯片的内部，无力进行改变。

      PCB板的布局布线会带来比较多的寄生参数，也会对电源抑制比产生影响，进行Layout的时候，可以参考芯片手册给的建议进行Layout。

瞬态响应

        瞬态响应为负载电流突变时引起输出电压的最大变化，它是输出电容Co及其等效串联电阻ESR和旁路电容Cb的函数，其中Cb的作用是提高负载瞬态响应能力，也起到了为电路高频旁路的作用。

      要想实现最佳瞬态响应，闭环回路带宽必须尽可能地高，同时还要确保有足够相位余量，以保持稳定性。

     输出电容越大，VMAX的变化就会越小，电容放电。电容过大，响应就会变慢，电容充放电的时间。输出电流，300mA到2A之间，10-47微法之间，电流小可以放的小一些，但是不会低于4.7微法。

   瞬态响应随输出电容的变化曲线

      从图中可以看出，输出电容越大，当负载变化的时候，由于电容放电，输出电压跌落很小，但是整个响应的时间比较长。在选取电容的时候应该综合进行考虑。

   瞬态响应随ESL的变化曲线

  由公式可以看出，负载变化越快，电压的跌落越大，且ESL越大越明显。

瞬态响应随ESR的变化曲线

由公式可以看出，负载变化越大，电压的跌落就会变大，ESR越大越明显。

瞬态响应随电容，ESR，ESL的变化曲线

实际电路中输出电容，ESR，ESL都是存在的，当负载变化时候其对电路的影响如图所示

实际电路中不同的参数对瞬态响应的影响

左图输出电容比较大，电压跌落的变化就会小，但是响应就会变慢，响应时间变长，对比两幅图可以看出不同参数对负载响应的影响。