LDO几个重要参数的个人理解

什么是LDO

LDO即Low Dropout Regulator，是一种低压差线性稳压器，使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管（FET），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。结合这几年在客户端遇到的方案和问题，本文介绍LDO的一些重点参数个人理解。

一.Dropout Voltage

很多人对这个参数不是很理解，严格来说Dropout voltage (VDROPOUT)是指在LDO满载情况下，输出电压不会随着LDO的输入电压变化（除非进一步减小输入电压，那么输出电压也会变化减小）时候LDO输入电压和输出电压的差值。就是说如果LDO输入电压再减小（小于VDROPOUT）的话，LDO的输出电压就会变化(减小)。

实际上有的厂家标注的 VDROPOUT也是留有一定余量的。比如某国外大厂的一颗LDO的VDROPOUT参数 VDROPOUT=250mV@Vout=2.8V(NOM)Dropout volt &IOUT=250mA。

但是有个说明条件，Dropout Voltage is characterized when VOUT falls 100 mV below VOUT(NOM).这里意思是的VDROPOUT是指一颗正常输出电压是2.8V 250mA的LDO，在带载250mA的情况下，调整输入电压，当输出电压小于正常电压100mV，即输出电压是2.7V时候，输入电压和输出电压的压差就是VDROPOUT。

解释一下在实验室如何测试VDROPOUT可能更容易理解，比如测试一个固定输出电压是1.8V ，VDROPOUT =300mV，额定电流300mA（规格书标注VDROPOUT =300mV实际测试LDO肯定没有这么大，后面会解释原因）的LDO的VDROPOUT：

(1)先把LDO输入设置为2.5V（远大于输出电压+ VDROPOUT）。

(2)测试LDO的输出电压=1.801V（假设）。

(3)用负载仪抽载300mA，并测试LDO的输出电压=1.799V(假设，空载和满载LDO的输出电压会有微小的差异)。

(4)减小LDO的输入电压Vin，直到再减小Vin Vout就会变化小于1.799V，这个时候Vin-Vout就是这颗LDO的VDROPOUT.。

为什么无法测试到规格书标注的最大VDROPOUT

最主要原因是芯片厂家都留了余量，比如我司LDO规格书中标注的VDROPOUT 是考虑了高低温、仿真Worst Case等等恶劣因素后给出的，根据经验一般余量是按常温情况下VDROPOUT 50%给出的，就比如常温情况下测试了LDO的VDROPOUT =200mV，规格书中VDROPOUT最大值会按200+200*50%=300mV来给出。因此我们在实验室是不可能测到规格书标注的最大VDROPOUT的。

Dropout Voltage 是选择LDO的一个重要参数，因为实际应用中如果压差太大那效率太低，如果压差小于VDROPOUT等则无法保证输出电压稳定。如果实际使用的时候压差=Dropout Voltage，只能保证输出电压稳定，LDO的其他性能是无法保证的，特别是PSRR。这就涉及到一个重要参数Headroom Voltage，下面一节就介绍一个Headroom Vlotage。

二.Headroom Voltage

Headroom Voltage 在LDO规格书中都不会标注出来。只在一些英文的资料中能看到。其实Headroom Voltage是一个比VDROPOUT更严格的一个参数，除了保证LDO输出电压的稳定性外，还保证了LDO的其他性能也在一个较优的范围。

Headroom Voltage是LDO保证满足规格书中标注的性能的输入电压和输出电压的压差值，通常Headroom Voltage被当做特定的要求标注在了测试条件中，在满足这个Headroom Voltage条件下，LDO其他性能规格都是确定的。

就是说如果实际使用的时候压差大于Headroom Voltage，那么就能达到规格书标注的性能。一般LDO的Headroom Voltage在400-500mV左右。所以很多LDO的规格书中，在参数规格页面，都会标注为测试条件，比如Vin=Vout+0.5V，几乎没有见到哪家规格书中标注测试条件Vin=Vout+ VDROPOUT.

看了国内外各家LDO的规格书都没有标注Headroom Voltage这个参数，我个人的理解：一个原因Headroom Voltage没有一个严格的业界标准，是压差大到某一范围后，虽然LDO的相关性能指标和压差的关系不是线性的，即相关各项指标不在随压差的增加而迅速变化，但是还是存在微小的变化关系，这个性能和压差的关系没有标准，所以Headroom Voltage也没有标准无法标注出来。

另外一个原因我认为Headroom Voltage这个参数只需要弄清楚Headroom Voltage大概范围，比如前面提到的400-500mV左右就能保证LDO的相关性能指标稳定，那么在测试条件中标注出测试条件，客户使用的是需要我们精确确定的参数， 厂时候要达到规格书中的性能，压差就需要满足芯片厂家标注的测试条件。

实际应用发现PSRR和压差关系很大，我司某个VDROPOUT.=200mV的LDO，在压差200mV和300mV测试PSRR，PSRR性能一般，直到把压差增加大于400mV后 ，PSRR也会变化但是变化就比较小。这个400mV 就可以理解为Headroom Voltage。

三. DC Line Regulation

DC Line Regulation是指在LDO输入电压变化的情况下，LDO保证输出电压稳定的能力。Line regulation = ∆VOUT/∆VIN.这个参数性能是一个很容易保证的参数。目前个人还没有遇到过DC Line Regulation 有问题的。

四. Load Transient Response

负载瞬态响应是指负载的电流阶梯变化的时候，输出电压的的变化。负载瞬态响应和LDO的输出电容容值、输出电容的ESR、控制回路的带宽、负载电流变化的大小和Slew Rate有关。

下面是某司LDO的Load Transient Response的波形，可以看到负载电流阶梯跳变增加的时候，LDO的输出端电压会有个下冲(undershoot)，负载电流接地变化减小的时候，LDO的输出端电压会有个过冲(overshoot)。

实际应用中如果某个负载电流跳变比较大或者跳变比较快的时候，需要特别注意这个指标。如果LDO的瞬态响应不满足要求，就可能遇到负载电流跳变的时候undershoot过大，可能导致输出电压小于设备的正常工作电压，导致负载设备掉电，或者overshoot有异常高电压尖峰输出到后端设备，对后端设备造成损伤或者损坏。

五. Line Transient Response

是指LDO输入电压阶梯 变化的时候，LDO输出电压的变化。主要和LDO的控制环路带宽增益，输入电压的变化大小和电压变化Slew Rate有关。

六. Power Supply Rejection

PSRR是衡量LDO抑制输入电压上的纹波和噪声防止纹波和噪声污染输出电压的能力。PSRR = 20 × log(VEIN/VEOUT)，VEIN和VEOUT分别是输入电压和输出电压之外的其他噪声纹波信号。

前面提到PSRR和实际使用时候的压差关系较大，LDO如果实际输入输出压差= VDROPOUT的话，PSRR性能一般。如果要保证PSRR参数处于一个较优发范围内，压差一般要大于400mV。所以实际使用LDO的时候，特别对PSRR要求高的应用，不能只关注效率（压差），要保证一定的压差才能有较好的PSRR。