LDO 从原理到应用二常用芯片型号与工程选型指南文章目录LDO 从原理到应用二常用芯片型号与工程选型指南一、LDO 选型不能只看输出电流二、最大输出电流三、Dropout Voltage四、PSRRLDO 的“滤波能力”五、输出噪声六、静态电流 IQ七、常用 LDOAMS1117八、常用 LDOSGM2048九、常用 LDOTPS7A20十、常用 LDOTPS7A37十一、常用 LDOTPS7A57十二、常用 LDOLT3045十三、LDO 与 DC/DC 怎么选择十四、为什么一块 PCB 上会有多个 LDO十五、拿到一块陌生 PCB如何判断一个芯片是不是 LDO第一步查芯片丝印第二步确认 VIN 和 GND第三步寻找输入、输出电容第四步测量 VOUT第五步如果是 ADJ 型号寻找反馈电阻第六步追踪输出电源最终去了哪里十六、LDO 选型的一个简单思路十七、总结一、LDO 选型不能只看输出电流上一篇介绍了 LDO 的基本工作原理。实际工程中选 LDO 时一个非常常见的误区是“这个芯片 1A那个芯片 500mA所以 1A 的更好。”实际上并不是这样。选择 LDO 时至少应该关注输入电压 输出电压 输出电流 Dropout Voltage PSRR 输出噪声 静态电流 IQ 瞬态响应 输入/输出电容要求 封装与散热不同应用对这些参数的重视程度完全不同。二、最大输出电流这是最直观的参数。常见 LDO 有100mA 300mA 500mA 1A 1.5A 3A 5A例如负载实际需要200mA LDO最大输出1A这是完全正常的。1A 表示最大能力并不代表 LDO 必须输出 1A。工程设计中通常会留出一定余量例如负载300mA LDO500mA1A这样可以提高系统可靠性并应对启动、负载突变等情况。三、Dropout VoltageDropout Voltage 是 LDO 的核心参数。例如VOUT 3.3V VDO 150mV那么最低输入电压大约需要VIN ≥ 3.45V需要注意Dropout Voltage 与输出电流有关。通常IOUT ↑ ↓ VDO ↑所以看数据手册时一定要注意测试条件。例如VDO 100mV 100mA不能理解成VDO 100mV 1A四、PSRRLDO 的“滤波能力”PSRR 全称Power Supply Rejection Ratio中文叫电源抑制比。它反映 LDO 抑制输入电源纹波的能力。例如输入 5V 100mV纹波 ↓ LDO ↓ 输出 3.3V 很小的纹波PSRR 越高说明 LDO 对输入纹波的抑制能力越强。但需要注意PSRR 与频率有关。因此数据手册中经常会看到PSRR │\ │ \ │ \ │ \____ └──────────→ Frequency低频时可能具有很高的 PSRR但随着频率升高PSRR 通常会下降。因此如果前级是 DC/DC选择 LDO 时最好结合 DC/DC 的开关频率一起考虑。五、输出噪声对于普通 MCU几十 μV几百 μV可能已经足够。但是对于ADCDACPLLRF时钟高精度传感器电源噪声就非常重要。这时就需要选择低噪声 LDO。例如 TI 的 TPS7A20 是一款 300mA 低噪声 LDO典型输出噪声约 7μVRMS。(ti.com)而 TPS7A57 则属于更高性能的 5A 低噪声 LDO面向 RF、雷达、SERDES 和精密模拟等应用。(ti.com)六、静态电流 IQIQ也就是 Quiescent Current指 LDO 自身工作时消耗的电流。例如负载 0mALDO 仍然需要消耗一定电流来维持参考电压误差放大器偏置电路保护电路对于工业控制器这个参数可能不是最重要的。但对于电池设备 IoT 低功耗传感器 可穿戴设备IQ 就非常重要。例如 TPS7A20 的典型 IQ 只有几 μA因此非常适合低功耗场景。(ti.com)七、常用 LDOAMS1117AMS1117 可以说是嵌入式开发中最常见的 LDO 之一。常见型号AMS1117-1.8 AMS1117-2.5 AMS1117-3.3 AMS1117-5.0典型特点成本低电路简单使用方便约 1A 级输出应用非常广泛例如5V │ ↓ AMS1117-3.3 │ ↓ 3.3V它非常适合入门级和成本敏感型产品。但 AMS1117 属于比较经典的老型号在Dropout功耗静态电流噪声PSRR等方面并不是现代高性能 LDO 的最佳选择。因此不要形成“1A LDO 就选 AMS1117。”这样的固定思维。八、常用 LDOSGM2048SGM2048 是圣邦微的一款 1A 级 LDO。其典型特点包括最大输出电流1A 输入范围约 2.2V7V 低噪声 高PSRR 低压差 支持可调输出其中SGM2048-ADJ就是可调版本。可通过外部反馈电阻设置输出电压。典型结构VOUT │ R1 │ ├── FB │ R2 │ GND这类 LDO 在实际工业控制、嵌入式以及模拟电源中都比较常见。九、常用 LDOTPS7A20TPS7A20 是 TI 的低噪声 LDO。典型特点输出电流300mA 低噪声 高PSRR 低IQ 低压差它更适合ADC DAC Sensor PLL RF 模拟电路而不是单纯追求“大电流”的场景。这也说明LDO 的性能并不是只有“最大输出电流”一个维度。十、常用 LDOTPS7A37TPS7A37 是 TI 的 1A 级低噪声 LDO。它适合需要较大输出电流 较低噪声 较好PSRR的场景。例如5V │ ↓ TPS7A37 │ ↓ 3.3V / 低噪声电源 │ ├── 模拟电路 ├── ADC └── 其他敏感负载你最近分析的 SGM2048 和 TPS7A37 都属于 1A 级 LDO。但是两个芯片都是 1A并不意味着它们在电路中的作用相同。最终用途还是要看输入电压 输出电压 输出电流 负载类型 噪声要求 PCB走线十一、常用 LDOTPS7A57如果对电流、噪声和 PSRR 都有很高要求可以考虑 TPS7A57 这一类高性能 LDO。它的典型指标包括最大输出电流5A 超低噪声 高PSRR 低压差主要应用于RF雷达SERDES高速通信精密模拟电路这类芯片与 AMS1117 的定位已经完全不同。十二、常用 LDOLT3045LT3045 是 Analog Devices 旗下非常经典的超低噪声 LDO。它主要面向超低噪声电源 RF 时钟 ADC DAC 精密模拟电路这类 LDO 的设计目标不是“尽可能便宜。”而是尽可能降低电源噪声并提供优秀的电源抑制能力。所以工程选型时一定要根据实际需求而不是盲目追求更贵的型号。十三、LDO 与 DC/DC 怎么选择可以简单总结为对比LDODC/DC效率较低较高噪声较低较高纹波小相对较大EMI小相对较大外围电路简单较复杂成本较低通常较高大压差不适合适合低噪声很适合需要额外处理因此实际工程经常使用24V │ ↓ DC/DC │ ↓ 5V │ ↓ LDO │ ↓ 3.3VDC/DC 负责高效率降压。LDO 负责降低纹波和噪声提供更干净的电源。这也是非常经典的工业电子电源架构。十四、为什么一块 PCB 上会有多个 LDO这是分析实际电路时非常常见的问题。例如一个复杂控制板5V │ ┌─────────┼─────────┐ │ │ │ ↓ ↓ ↓ LDO1 LDO2 LDO3 │ │ │ 3.3V 1.8V 1.2V │ │ │ MCU ADC Core甚至还可能存在3.3V_DIG 3.3V_ANA 1.8V 1.2V RF_VDD PLL_VDD这些电源轨分别服务于不同的电路。因此看到 PCB 上有多个 LDO不应该觉得奇怪。真正应该分析的是每个 LDO 的输入是多少输出是多少最终给谁供电十五、拿到一块陌生 PCB如何判断一个芯片是不是 LDO可以按照下面的步骤分析。第一步查芯片丝印先根据芯片丝印 封装 引脚数量寻找可能的型号。第二步确认 VIN 和 GND找到VIN GND然后测量实际电压。第三步寻找输入、输出电容典型结构VIN ── Cin ── LDO ── Cout ── VOUT如果芯片附近存在明显的输入、输出电容那么是一个重要线索。第四步测量 VOUT例如VIN 5V VOUT 3.3V那么就高度怀疑5V → LDO → 3.3V第五步如果是 ADJ 型号寻找反馈电阻例如VOUT │ R1 │ ├──── FB │ R2 │ GND根据数据手册公式计算输出电压。第六步追踪输出电源最终去了哪里这是最重要的一步。例如LDO │ └──→ MCU VDD可能是数字电源。如果LDO │ └──→ ADC AVDD可能是模拟电源。如果LDO │ └──→ PLL则很可能是为了提供低噪声电源。十六、LDO 选型的一个简单思路实际项目中可以按照下面的顺序① 输入电压范围 ↓ ② 输出电压 ↓ ③ 最大负载电流 ↓ ④ Dropout ↓ ⑤ 功耗与温升 ↓ ⑥ PSRR ↓ ⑦ 输出噪声 ↓ ⑧ IQ ↓ ⑨ 电容与封装要求 ↓ ⑩ 成本与供货例如需要VIN 5V VOUT 3.3V IOUT 200mA普通 MCU 应用可能选择一款300mA1A 低压差 普通噪声的 LDO 就足够。如果是ADC 高精度采样 低噪声要求那么就应该重点考虑低噪声 高PSRR而不是单纯选择一个 3A 或 5A 的型号。十七、总结LDO 的选型核心可以总结成一句话没有“最好的 LDO”只有最适合当前应用的 LDO。常见型号可以大致这样理解型号定位典型应用AMS1117低成本通用MCU、普通数字电路SGM20481A、低噪声工控、嵌入式、模拟电源TPS7A20低噪声、低IQSensor、ADC、PLLTPS7A371A、低噪声模拟/数字混合电源TPS7A575A、高性能RF、雷达、SERDESLT3045超低噪声精密模拟、RF、时钟最终选型时重点看VIN VOUT IOUT Dropout PSRR Noise IQ Transient Thermal Capacitor Cost而在实际 PCB 分析中最重要的不是记住多少型号而是建立一个思维看到一个 LDO就顺着 VIN → VOUT → 负载把整条电源链路找出来。只要掌握这个方法即使遇到一个完全没见过的 LDO 芯片也可以通过数据手册和 PCB 走线把它的作用分析出来。