LDO电容与噪声，如何在LDO与DC/DC中选择

传统的线性稳压器输出电压条件很严苛，这才有了LDO类的电压转换芯片的诞生。在LDO的选择和设计上，常常令人犯难。首先我们不仅要考虑输入电压的类型和范围，例如稳压器前面的DC/DC变换器或者开关电源的输出电压。其他需要考量的因素也不少，输出电压、最大负载电流、最小压差、静态电流以及功耗等等。
 
LDO和DC/DC的抉择
 
众所周知DC/DC转换器的优点在于效率高、大电流输出、小静态电流。随着器件的集成度越来越高，不少新型的DC/DC转换器仅需要几只外接电感器和滤波电容器即可。美中不足的是这一类电源控制器的输出脉动和开关噪声偏大，成本也相对偏高。LDO需要的外接元件也不多，一般只需要一到两个旁路电容即可。相比DC/DC器件，LDO压降低、噪声低、成本也更低。
 
二者因为工作原理的不同，从效率上来说，DC/DC的效率会普遍的高于LDO。如果输入电压和输出电压很接近，那么LDO稳压器也能达到很高的效率；但如果并不接近，压降太大，消耗在LDO上的能量会增加不少，影响效率，这时候就需要考虑开关型DC/DC了。
 
效率只是一方面，DC/DC因为开关频率的原因，电源噪声会很大，而且远比LDO大得多。一旦涉及比较敏感的模拟电路，这时候就有必要牺牲效率来保证电源的纯净。尺寸也是在二者之间权衡时需要取舍的，DC/DC需要的外围器件例如电感、二极管、电容自不用说，有的还会需要MOSFET，在外围器件的选择上比LDO复杂了太多同时尺寸也会更大。
 
旁路电容与LDO相辅相成
 
上面说到，LDO需要的外接元件也不多，一般只需要一到两个旁路电容即可。虽然简单，但是旁路电容却十分重要。旁路输出电容自带的寄生等效串联电阻（ESR）会直接影响LDO控制环路的稳定性。
 

（超低压降稳压器，TI）

 
寄生等效串联电阻（ESR）在LDO环路中添加一个零点的同时引入一个极点。当旁路电容寄生等效串联电阻较高时，会将零点转移至较低的频率，增大环路带宽导致极点增加更多的相移造成环路不稳定，表现为LDO产生振荡。LDO可以与很多小型的陶瓷电容配合使用，前提是这些电容的寄生等效串联电阻（ESR）足够低。一般为了保证LDO控制环路的稳定性，电容至少1µF且寄生等效串联电阻最大不超过1Ω。
 
另外输出电容会影响调节器对负载电流变化的响应，因为控制环路的大信号带宽有限，输出电容需要能够提供快速瞬变所需的绝大部分负载电流。因为电容可采用的电介质各不相同，其特性在直流表现上也不尽相同。有些直流偏置特性不佳的电介质就不适合与LDO一起使用。
 
噪声如何抑制？
 
LDO的噪声来源分为内部噪声与外部噪声，内部噪声可能来自电路的带隙基准源、放大器以及晶体管。器件这一部分抑制噪声通常不会表明在器件手册中，数据表中的PSRR是LDO抑制来自输入的外部噪声能力。
 

（超低噪声LDO设计，ADI）

 
为了抑制这种内部噪声，如果选择降低误差放大器的带宽，这样虽然可以有效地降低带隙基准源的高频噪声，但是降低的带宽一定会使LDO的动态性能降低。如果不希望LDO的动态性能降低，可以在带隙基准源和误差放大器之间加低通滤波，也可以在反馈电阻上增加前馈电容。
 
外部噪声的抑制更多的需要LDO在内部设计上做文章，也可以通过增加额外的滤波器/旁路电容来减小噪声。不过考虑到增加额外器件会增加成本与体积，合理且灵活的内部设计更重要一些。
 
小结
 
用于模拟和射频负载的LDO一般看重低噪声和高电源抑制能力，器件需要能够抑制住上游电源和下游负载的噪声，而且自身不增加噪声。这和模拟器件对噪声更敏感有关。而LDO用于数字负载尤其看重功耗，对噪声的要求就没有那么严格，为了响应软件导致的负载变化而发生的时钟频率变化对LDO的负载调整能力提出了非常严格的要求，这需要注意。
 
总的来看，如果DC输入电压是由经整流的AC电源提供，那么标准稳压器可能是更好的选择，毕竟成本低而且负载电流大；如果需要低功耗的精密输出电压，那LDO无疑是更合适的选择。