浅谈低压差线性稳压器

1、浅谈低压差线性稳压器（ldo）的psrr和在usb电路中的应用浅谈低压差线性稳压器（ldo）的psrr作者：圣邦微电子任明岩 时fuj： 2008-03-24來源:电子产品世界 浏览评论 推荐给好友 我冇 孵上能纯 关键词：ldo psrr usb电路引言便携产品电源设计需要系统级思维，在开发山电池供电的设备时，诸如 手机、mp3、pda、pmp、dsc等低功耗产品，如果电源系统设计不合理， 则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和 功率分配架构等。同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多 加考虑。例如现在便携产品的处理器，一般都设有几个不同的工作状态，通

2、过一系列不同的节能模式（空闲、睡眠、深度睡眠等）可减少对电池容量的 消耗。即当用户的系统不需要最大处理能力时，处理器就会进入电源消耗较 少的低功耗模式。带有使能控制的低压差线性稳压器（ldo）是不错的选择。图1 ldo低压差线性稳压器的结构ldo的基本原理ldo是一种微功耗的低压差线性稳压器，它通常具有极低的自有噪声和较 高的电源抑制比 psrr( power supply reject io n ratio )。ldo低压差线性稳压器的结构如图1,主要包括启动电路、恒流源偏置单 元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络，保护电路 等，基本工作原理是这样的：系统加电，如果使能脚

3、处于高电平时，电路开 始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着 输入不断上升，当输出即将达到规定值时，由反馈网络得到的输出反馈电压 也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误 差小信号进行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了输出 电压稳定在规定值上，同理如果输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回 路将使输出电压保持不变，即：vout= (r1 + r2) /r2 * vref实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、 反接保护等其它的功能。电源抑制比(psrr)电源抑制比是反应ldo输出对输入纹波抑制能力的一

4、个交流参数，一般 输出和输入的频率是一样的，psrr的值越大说明ldo的纹波能力越强，也就 是说输入对输岀的影响很小。和噪声(noise)不同，噪声一般为在10hz至 100khz频率范围内一定输入电压下其输岀噪声电压的均方值(rms),psrr 的单位是db,公式如下。psrr= 20 log (avin/avout)图2 为 sgm2007 在 cbp 二 0.1 f, iload = 50ma,cout = 1ff =10kh乙的输岀和输入的电压曲线。1.502s5o>1x50图2 sgm2007输出和输入的电压曲线由公式 psrr= 20 log (avin/avout) = 6

5、0 (db),当输入变化了 1 v的时候，输出才变化了 1 mv可见纹波抑制能力还是很强的。圣邦微电子的sgm2007高性能低压差线性稳压器ldo在10hz至100khz频率范围内的输出噪声为30 v(rms),在1 khz的频率下电源抑 制比(psrr)高达73db,它能够为诸如射频(rf)接收器和发送器、压控振荡 器(vco)和音频放大器等对噪声敏感的模拟电路的供电提供低噪声、高电 源抑制比(psrr)和快速瞬态响应，使能电路兼容ttl电平，适合数字于电 路供电。sgm2007的输入电压在2.5v至5.5v之间，适合蓝牙数码相机和 个人数字助理(pda),以及诸如无线和高端音频产品等单个锂

6、电池供电或i古i 定3.3v和5v的系统。提高psrr的方法bp端加旁路电容为降低基准噪声，提高ldo的psrr,需要在ldo基准的输岀端增加-路低 通滤波器，滤波器可以集成在线性稳压器内部或由外部电路实现。内置滤波 器占用了佼大的管芯尺寸，增加芯片的设计和生产成本，有些低噪声ldo芯 片只是提供一个基准的引脚bp (bypass)，用于连接基准旁路电容。增大旁路电容，有利于减小输出噪声，提高ldo的psrr。建议使用陶瓷电 容的典型值为470 pf到0.01 f o也可使用此范围以外的电容，但会对输 入电源上电时ldo输出电压上升的速度产生彩响，旁路电容值越大，输出电 压上升速率越慢。在使用

7、时这点要注意。如图3为旁路电容对sgm2007 psrr影响，可见增大旁路电容会在一定频率上提高psrr的值。10 10() 1000 r 10000 f:requency (1iz)100000 1000000图3旁路电容对sgm2007 psrr的影响增大ldo的输出电容ldo需要增加外部输入和输出电容器。利用较低esr的大电容器一般可 以全面提高电源抑制比(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，相比之下袒电容器比较昂贵h其故障 模式是短路。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10mq量级 采

8、用陶瓷电容吋，建议使用x5r和x7r电介质材料，这是因为它们具有较好的温度稳定性。如图4为输出电容对sgm2007 psrr的影响。人电容器一般在一定频率范围内会提高电源抑制比(psrr)减小ldo的负载电流。10 100 1000 10000 100000 100000()frequency(hz)图4输出电容对sgm2007 psrr的影响负载电流也会在一定程度上影响ldo的psrro如图为负载电流对sgm2007 psrr影响，山图5可见随着负载电流的增大，psrr也会有一定程度的减小。为了减小负载电流对ldo的psrr影响，要尽量选择输出电流大的ldoo90)n h7 65()j1 3

9、(hp)ssdpowcr-suppry reject ion rat io vs l;rcquency100100()i ()000frequency(hz)10()000 1000000图5随着负载电流的增大，psrr也会有一定程度的减小大多数蜂窝电话皋带芯片组需要三组电源：内部数字电路、模拟电路和外设接口电路。基带处理器（bb）的数字电路供电电压的典型值为1.8v至 2.6v,-般情况下，li+电池电压降至3.2v-3.3v时电话将被关闭,对于为 基带处理器供电的ldo来说至少有500至600mv的压差，因此对压差要求不 高。另外，数字电路本身对ldo的输出噪声和psrr的要求也不高，而是

10、要求 ldo在轻载条件下具有极低的静态电流。基带处理器内部模拟电路供电电压典型值是2.4v至3.0v,压差在 200mv至600mvo耍求ldo具有较高的低频（gsm电话为217hz）纹波 抑制能力，消除由rf功率放大器产生的电池电压纹波。rf电路分为接收和发送两部分，供电电压典型值为2.6v至3.0v,其中 低噪声放大器（lna）、混频器、锁相环（pll）、压控振荡器（vco）和中 频（if）电路需耍低噪声、高psrr的ldo。在usb电路中的应用ldor泛应用于诸如手机、mp3、pda、pmp、dsc等便携设备中，当 为便携设备的usb供电设计时，一般都是用到3.3伏的ldo如图6。很多便

11、 携设备在连接usb接口时，都要判断是为便携设备充电，还是连接usb设 备进行数据传输，一般的设计方法是在ldo的vout通过一个1 0k上拉电阻 接到usb的d+ 由另一部分电路判断当前的状态是充电（charge）还是连 接usb设备进行数据传输（data） 如果ldo的vout倒罐电流很大，也就 是说，ldo的输出阻抗很小，那么ldo的vout就会被强制拉低那么便携设 备就会判断不出是充电（charge）还是连接usb设备进行数据传输（data）。5v<z1gpo usb v1n-en ivout ? bpct9c1 loonfsgm2007vusb2.2ufws810kavdo 2

12、.8v01丁 dtodepin >adc4jjsb >1.4v charger>o图6 3.3伏的ldo工程师在为便携设备usb供电选择时ldo要特別注意ldo vout倒罐电 流对电路的影响。有些ldo的vout倒罐电流很人约为10ma,有些很小约为 儿十ua.如图7为圣邦微电子的sgm2007在vin=5v, en=0v, vout外加 电压和流入vout电流的曲线。山曲线可见流入vout的电流很小，在外加电 压为5.5伏时，流入的电流才40uaoout pin current vs output vol lage()123456output vollage(v)图7sgm2007 vout外加电压和流入vout电流曲线结语新型音频电路，如免提电话、游戏机、mp3及蜂窝电话中的多媒体