中心議題：

• CMOS LDO產品的特點
• MOS LDO的穩定性分析
• CMOS LDO產品的應用
• BCD的CMOS LDO產品簡介

解決方案：

• 將噪聲用濾波器過濾掉大部分
• 將噪聲源減少，其核心就是低噪聲的器件工藝

隨著便攜式產品越來越多，產品的功能
，性能的提升
，它們對電源管理的要求也更高了
，這裏跟大家探討的是CMOS LDO在便攜式產品中的應用。便攜式產品在大多數情況下是靠電池供電，內部(即電池後端)的電源管理有DC/DC和LDO兩種實現方式，各有優缺點。正常工作時，DC/DC模塊能提供給係統穩定的電壓，並且保持自身轉換的高效率，低發熱。但在一些應用條件下，比如工作在輕載狀況下或是給RF供電時
，DC/DC的靜態電流及開關噪聲就顯得比較大了， CMOS LDO正好可以滿足在這些應用條件下的供電要求，CMOS LDO有著極低的靜態電流，極低的噪聲
，較高的PSRR（電源紋波抑製比）
，以及較低的Dropout Voltage（輸入輸出電壓差）。

CMOS LDO產品的特點        

1.CMOS LDO的自身功耗：       

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

Pd=(Vin-Vout)×Iout+Vin×Iq
，       

由這個式子可以看出，重載以及大輸入輸出電壓差都會增大Pd，從而降低LDO的轉換效率。然而當Iout=0時
，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(溫度補償晶振)電源中
，其隻需要5mA的負載電流，Vout固定，若能控製Vin的值僅稍大於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
，這取決於方案設計工程師在應用電路中的設計。       

現在更多的工程師
，將DC/DC與LDO共(gong)同(tong)設(she)計(ji)進(jin)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)方(fang)案(an)中(zhong)，因(yin)為(wei)他(ta)們(men)發(fa)現(xian)，開(kai)關(guan)型(xing)轉(zhuan)換(huan)器(qi)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)和(he)高(gao)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)等(deng)問(wen)題(ti)
，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)在(zai)處(chu)理(li)器(qi)供(gong)電(dian)應(ying)用(yong)中(zhong)尤(you)為(wei)突(tu)出(chu)。開(kai)發(fa)商(shang)為(wei)了(le)讓(rang)處(chu)理(li)器(qi)在(zai)不(bu)執(zhi)行(xing)指(zhi)令(ling)時(shi)保(bao)持(chi)極(ji)低(di)的(de)電(dian)能(neng)消(xiao)耗(hao)
，往(wang)往(wang)把(ba)產(chan)品(pin)設(she)置(zhi)為(wei)“深度睡眠模式”和“喚醒工作模式”兩種狀態。       

而如果在“深度睡眠模式”下仍然采用開關型轉換器，其噪聲和靜態電流性能反而不如LDO優越。基於這種情況

，已經有廠商針對處理器（例如基帶處理器）供電應用推出了LDO與開關型轉換器雙模係統。當處理器處於“喚醒工作模式”時
，係統通過芯片內部開關切換成PWM模式
，LDO輸出為高阻態
，為處理器提供較高的電壓和較大的電流；而當處理器處於“深度睡眠模式”時，係統通過芯片內部開關切換成LDO模式

，SW輸出為高阻態
，為處理器提供較低電壓和微小電流。       

2.CMOS LDO的穩定性：        

典型LDO應用需要增加外部輸入和輸出電容器。LDO穩定性與輸出電容的ESR密切相關，選擇穩定區域比較大的LDO有利於係統的設計，並可以降低係統板的尺寸與成本。利用較低ESR的電容一般可以全麵提高電源紋波抑製比、噪聲以及瞬態性能。       

陶瓷電容器由於其價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性能產生不利影響。BCD的CMOS LDO產品采用ESR範圍在10mΩ~100Ω的輸出電容就可以滿足全負載範圍內的穩定性。       

3.電路簡單及價格低：        

LDO的應用電路都比較簡單

，除了LDO自身以外，隻需要2顆電容，個別產品還需要一顆bypass電容。總共隻需要3~4顆原件。如此簡單的電路在成本也就相應很低了。       

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4.電路所需PCB麵積小：        

CMOS LDO的Cin和Cout大多小於等於2.2uF
，這樣的容值
，0603封裝就可以做到了
，LDO的封裝一般隻是SOT-23或SC-70,整個電路在PCB上的麵積隻有20mm2~30mm2，極大的節省了電路板的空間。

CMOS LDO產品的應用        

由於CMOS LDO產品的拓撲結構決定了其較低靜態工作電流的特性
，使得其非常適合在電池供電的手持設備係統中應用。下麵以PHS手機為例來說明CMOS LDO的應用和選擇。       

1.Baseband Chipset Power Supply       

Baseband數字電路部分的工作電壓在1.8V~2.6V之間，當手機鋰電池的電壓降到3.3V~3.2V時


，手機將關機，這時電池到BB工作電壓的壓差為500mV~600mV,對於CMOS LDO來說，這麼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LDO的靜態電流要求要非常小。Baseband模擬電路部分的工作電壓在2.4V~3.0V
，與手機最低工作電壓的差值為200mV~600mV
，同時，需要在低頻時（217Hz）有較高的PSRR，用以抑製RF部分對電池的幹擾。此外，這顆LDO的會始終處於工作狀態

，所以也要求有極低的靜態電流。       

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       

溫度補償晶振（TCXO）需要的是一顆極低噪音並帶有enable pin的LDO，盡管TCXO隻需要5mA的工作電流
，但它同樣要一顆單獨的高PSRR的LDO為其供電，來隔離其他噪聲源，如RF產生的低頻脈衝噪聲。       

4.RTC Power Supply        

RTC電源會一直處於工作狀態，即使在手機關機以後。因此它需要一顆極低靜態電流的LDO，同時，這顆LDO要求具有小的反向漏電流的保護功能。       

5.Audio Power Supply        

在手機音頻電源方麵，會用到300mA~500mA稍大電流的CMOS LDO，同時
，也要求在音頻範圍內(20Hz~20kHz)有低噪音和高PSRR的特性,來保證良好的音質要求。

CMOS LDO產品的設計思想        

以下著重從Noise方麵來闡述CMS LDO的設計思想。       
 

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從上麵這個框圖可以看出，方案一比方案二要多封裝出來一個Pin，這個Pin一般稱作”Bypass”，對於這個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腳外接一個電容，與電路內部的電阻組成低通濾波器，用以減小Regulator的輸出噪聲）。因為加了這個Bypass電容（一般10nF），LDO對Enable（使能）響應速度會變慢(從us級到ms級)。因此如果LDO的應用場合沒有低噪聲的要求或對噪聲要求不高，一般建議可不加這個電容。       

LDO的輸出噪聲主要來自於Voltage Reference這個模塊，Bypass腳就是外接在Voltage Reference的輸出端。因此將Voltage Reference的噪聲降低，就能降低LDO的輸出噪聲。       

方案一中
，如不加bypass電容，CMOS LDO的噪聲一般在200~450uVrms（沒有負載時的電源電流越小，這個噪聲越大），加了這個電容濾波後
，LDO的噪聲一般為30~50 uVrms
，因此方案一的低噪聲CMOS LDO都是有這個Bypass腳，並且是必須加這個濾波電容才能做到低噪聲。       

當然也有例外，個別歐美的大廠商采用先進的工藝設計生產的的CMOS LDO把本該外麵加的Bypass電容做到了芯片裏麵，這樣的LDO產品的噪聲約為100 uVrms的水平。       

方案一的思路是將噪聲用濾波器過濾掉大部分，而方案二的思路是將噪聲源減少
，其核心就是低噪聲的器件工藝。采用方案二的CMOS LDO根本不需要Bypass電容，就能使輸出噪聲降低到30~50 uVrms。       

從用戶角度來講，沒有這個Bypass電容，既可以節省係統成本
，又能獲得較高的性能
，何樂而不為。因此，對於輸出電流較小的CMOS LDO，無wu論lun在zai高gao中zhong低di端duan市shi場chang的de各ge個ge層ceng麵mian，僅jin從cong性xing能neng價jia格ge比bi方fang麵mian來lai講jiang，方fang案an二er的de產chan品pin都dou略lve勝sheng方fang案an一yi的de產chan品pin
，方fang案an二er的de核he心xin是shi低di噪zao聲sheng低di功gong耗hao的de器qi件jian工gong藝yi的de采cai用yong。       

值得注意的是
，采用低噪聲低功耗的器件工藝生產的CMOS LDO以其較高的性價比占據了同類產品市場的70%以上的份額。對於這種形勢，BCD憑借IDM公gong司si工gong藝yi產chan品pin同tong步bu開kai發fa的de優you勢shi
，自zi行xing開kai發fa出chu了le這zhe種zhong低di噪zao聲sheng低di功gong耗hao的de器qi件jian工gong藝yi，並bing在zai中zhong國guo大da陸lu率lv先xian達da到dao了le批pi量liang大da生sheng產chan的de水shui平ping，基ji於yu這zhe個ge生sheng產chan工gong藝yi
，BCD已推出其驗線的CMOS LDO產品AP2121/2、AP2138/9。並且，BCD還將陸續推出一係列電源管理IC新品。　

四、BCD的CMOS LDO產品簡介       

1.AP2121/AP2122       

這是采用BCD的低噪聲低功耗CMOS工藝設計生產的低壓差
、低噪聲、高電源紋波抑製比的LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為150mA，300mA限流；靜態工作電源電流為25uA；在輸出電流150mA時的輸入輸出壓差小於200mV
；不需要外接Bypass電容
，其輸出噪聲就小於50uVrms。在這個產品中采用了BCD的專利《用於提高低頻電源抑製比的電路及包含該電路的電路裝置》（中國專利：2004201166551.9.）。這個產品非常適合在手持式電子產品的BASE BAND上麵的應用。       

2、AP2138/AP2139        

這是另外一類采用BCD的低噪聲
，低功耗CMOS工藝設計生產的低壓差、低噪聲、LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為200mA
，300mA限流；靜態工作電源電流為1uA；在輸出電流100mA時的輸入輸出壓差小於200mV；不許外接Bypass電容
，其輸出噪聲小於80uVrms。無論是直流性能還是瞬態響應等多方麵
，AP2138/9都要比市麵上的同類產品更勝一籌，非常適合用於MP3和手持式電子產品的RTC上麵的應用。       

3、AP2115/AP2117　       

這是一款采用上麵提到的方案一設計生產的低壓差、低噪聲、高電源紋波抑製比的LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為300mA，500mA限流
；靜態工作電源電流為80uA
；在輸出電流300mA時的輸入輸出壓差僅為300mV
；不外接Bypass電容

，其輸出噪聲為180uVrms，當外接10nF的Bypass電容後輸出噪聲就小於30uVrms。值得一提的是
，該類產品具有與使能端聯動的快速放電功能，有效地延長了電池的使用壽命
，適用於RF、Audio Power Supply等。