为手机设计选择LDO线性稳压器

低压差LDO线性稳压器用于为典型蜂窝手机的许多部分供电。但是，这些基带、RF和音频部分有不同的要求，会影响哪种LDO最合适。在讨论具体要求后，建议使用不同的 LDO。此外，还简要讨论了一些LDO设计技术，以演示如何针对特定性能水平优化LDO。

蜂窝电话设计需要具有低压差、低噪声、高PSRR、低静态电流（Iq）和低成本的线性稳压器。它们需要提供稳定的输出并使用小值输出电容器。

理想情况下，一个器件将具有所有这些特性，一个低压差线性稳压器（LDO）可以在手机的任何地方使用，而不必担心。但实际上，各种手机模块最好由具有不同性能特征的LDO供电。本应用笔记为选择正确的LDO为每个手机模块供电提供了指导。

基带芯片组电源

大多数蜂窝电话基带芯片组需要三个电路模块的电源：内部数字电路、模拟电路和外围接口电路。BB内部数字电路通常工作在1.8V至2.6V。由于大多数手机在Li+电池电压降至3.2V至3.3V时关闭，因此BB数字LDO通常至少有500mV至600mV的裕量，因此压差并不重要。输出噪声和PSRR不是数字电路的关键规格。相反，该电源在轻负载时需要低静态电流，因为该LDO始终保持导通。图1显示了代表性GSM芯片组内核（ADI AD20msp425）的数字电源电流如何随时间变化。在待机模式下，微处理器仅消耗约200μA电流。由于手机保持待机时间最长，因此使用 2μA 静态电流 LDO 而不是 100μA LDO 可节省 98μA 电流，并将待机时间延长 300μA /202μA，即 1.485 倍。

图1.ADI AD20msp425 GSM芯片组内核功耗曲线

BB内部模拟电路的电源电压典型值为2.4V至3.0V，需要200mV至600mV压差。此外，BB模拟LDO需要针对低频（GSM电话为217Hz）纹波抑制进行优化，以抑制RF功率放大器引起的电池电压纹波。该LDO始终导通，因此也需要低静态电流。

射频电源

RF电路分为接收和发送部分。这些电路通常需要2.6V至3.0V电源电压。LNA（低噪声放大器）、上/下变频器、混频器、PLL、VCO和IF级等RF电路需要低噪声和高PSRR LDO。特别是，VCO和PLL模块的整体性能会影响无线电的关键规格，例如发射器的频谱纯度、接收器的选择性、模拟收发器中的噪声和嗡嗡声以及数字电路中的相位误差。噪声会改变振荡器的相位和幅度特性，振荡器的环路电路会放大噪声。因此，它可以调节载波。LDO输出噪声可以通过有效的LDO内部设计和外部旁路和补偿来降低。图2显示了PMOS线性稳压器的简化框图。

图2.简化的PMOS线性稳压器框图。

LDO输出噪声的主要贡献因素是基准电压源。图3显示了典型的带隙参考噪声频谱。

图3.带隙基准电压源的典型噪声频谱。

为了降低基准电压源噪声，需要在基准电压源输出端增加一个低通滤波器。这可以在内部或外部完成，但内部旁路可能需要较大的芯片尺寸。专为低噪声设计的LDO通常会为基准旁路电容提供一个引脚。增加旁路电容值将降低输出噪声，直至参考噪声在整个LDO电路中成为次要噪声贡献者。LDO数据手册中的输出噪声与旁路电容特性的关系将提供最佳旁路电容值的信息。图4所示为MAX8867的输出噪声与BP电容的关系。

图4.输出噪声与MAX8867的BP电容的关系

影响LDO输出噪声的其他因素包括LDO内部极点、零点和输出主极点。图5显示了除带隙基准电压源外的PMOS线性稳压器的典型噪声频谱。通过增加输出电容的值或降低输出负载，将降低高频输出噪声。为RF电路选择LDO时，请仔细比较噪声规格，以确保旁路电容、输出电容和负载条件相同。

图5.PMOS LDO的典型噪声频谱，带隙基准除外。

TCXO 电源

温度补偿晶体振荡器产生一个参考频率，用于IF部分。它需要一个带有开/关控制引脚的超低噪声LDO。尽管TCXO电路不需要超过5mA的电流，但它使用专用的LDO，并将LDO的输出与其他噪声源隔离开来。它还要求在RF功率放大器突发频率下具有非常高的PSRR。例如，建议 GSM 手机在 65Hz 时最低 217dB PSRR。

室温电源

RTC LDO为电容型备用纽扣电池或可充电纽扣电池充电，并为实时时钟提供电流（见图6）。3V或2.5V电池是手机最常见的。RTC LDO需要非常低的静态电流，因为即使手机断电，该LDO也始终处于导通状态。它还需要具有低漏电流的反向电流保护。

图6.RTC和可充电纽扣电池。

音频电源

300mA 至 500mA 高电流 LDO 可能需要满足最近的音频需求，例如免提、游戏、MP3 和蜂窝电话中的多媒体应用。此外，该电源要求在音频范围（20Hz至20kHz）下具有低噪声和高PSRR，以提供良好的音频质量。CDMA RF发射电流峰值约为600mA，但GSM发射突发电流峰值为1.7A。图7显示了当RF功率放大器直接从电池供电时，GSM发射突发电流如何在电池上产生噪声。由于电话中的所有LDO都使用电池电压作为其输入电源，因此这种纹波会影响稳压器的输出质量。例如，如果LDO在217Hz时的PSRR为40dB，则基于图4，LDO输出上的峰峰值噪声为35.217mV，噪声为7Hz。麦克风的交流音频电平约为 10mV 至 20mV，因此此噪声可能会导致严重的咔嗒声。

图7.GSM 发射突发波形。

审核编辑：郭婷