LDO在手機設計中的應用

隨著社會的進步，使用者對通訊便利性要求越來越高，使得手機行業(yè)在近幾年有了飛速的發(fā)展。從模擬到數(shù)字，從黑白屏到彩屏，從簡單的通話功能到網(wǎng)上沖浪、可視對講、移動電視、GPS定位，新的應用層出不窮。但隨著手機系統(tǒng)功能越來越復雜，對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、供電電壓、效率和成本的要求也越來越高。相應的系統(tǒng)供應商，例如MTK、TI、INFINION、NXP等等也隨之更新自己的系統(tǒng)電源管理單元(PMU)，但是，作為系統(tǒng)級芯片的更新，遠遠慢于產品功能的更新?lián)Q代。對于一些關鍵的器件，例如射頻模塊的供電電源，GPS模塊的PLL供電電源，對于輸出紋波，PSRR(電源紋波抑制比)性能的要求很高，這些指標會直接影響手機的信號接收靈敏度以及GPS的信號接收靈敏度。利用PMU供電則會給工程師增加系統(tǒng)設計復雜度。因此，各種LDO在手機中的應用，始終充滿活力。

LDO是利用較低的工作壓差，通過負反饋調整輸出電壓使之保持不變的穩(wěn)壓器件。根據(jù)制成工藝的不同，LDO有Bipolar，BiCMOS，CMOS幾種類型，性能有所差異，但隨著成本壓力的增大，CMOS LDO目前成為市場的主流。

LDO從結構上來講是一個微型的片上反饋系統(tǒng)，它由電壓電流調整的的功率MOSFET、肖特基二極管、取樣電阻、分壓電阻、過流保護、過熱保護、精密基準源、放大器、和PG(Power GOOD)等功能電路在一個芯片上集成而成，圖1為CMOS LDO的典型功能圖。

對于手機來說，主要分成射頻，基帶，PMU三大功能單元。PMU雖然可以滿足其中大部分供電的需求，而對于射頻部分的供電，攝像頭模組的供電，GPS，以及WIFI部分新增的供電需求，由于PMU本身更新的速度，以及考慮成本、散熱問題，并不能滿足，需要通過額外的電源供應。SGMICRO的LDO產品本身有著極低的靜態(tài)電流，極低的噪聲，非常高的PSRR，以及很低的Dropout Voltage(輸入輸出電壓差)，可以大部分滿足在這些應用條件下的供電要求。

在手機應用中，LDO的PSRR、輸出噪聲、啟動時間這幾個參數(shù)直接影響手機性能的好壞，需要根據(jù)實際應用情況選擇合適參數(shù)以及考慮布線。在選擇外圍器件方面，則要注意以下七點：

1. 輸出電容的選擇影響了LDO的穩(wěn)定性,瞬態(tài)響應性能,以及輸出噪聲Vrms的大小

2. 輸入電容的選擇影響 瞬態(tài)響應性能, EMI和PSRR

3. 濾波電容影響了輸出紋波、PSRR和瞬態(tài)響應性能及啟動時間

4 防止電流倒灌，靜態(tài)電流的大小

5. 線路設計要考慮抑制輸入電壓過沖(穩(wěn)壓管的選用與否)

6. 布線影響散熱的效率(Tdie100℃)

7. 根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適啟動時間



圖1：CMOS LDO的基本架構及簡單應用線路圖

LDO的以下幾個參數(shù)在手機設計中特別重要：

LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應。由于負載電流動態(tài)變化大，要求LDO的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應性能好，否則導致系統(tǒng)工作異常。

PSRR參數(shù)。PSRR參數(shù)直接影響射頻模塊部分地接收靈敏度。如果用在音頻部分，能夠抑制手機中的EMI干擾，使聲音的表現(xiàn)力更好。

LDO的輸出噪聲。這直接關系到輸出電源的干凈與否。

LDO的啟動時間。啟動時間跟系統(tǒng)設計的上電時序息息相關，直接影響系統(tǒng)的工作與否。

LDO 推薦的PCB設計。在設計過程中，需要將輸入電容Cin與輸出電容Cout盡量靠近LDO。在LDO的應用中，熱設計往往是一個容易忽視的地方，需要考慮不同功率情況下選用合適的封裝，常見的有三種，SC70、SOT23和DFN-6。以射頻模塊部分供電為例，SC70封裝，本身允許散熱功率通常在0.2W以內：

PD=(Vin-Vout)*Iout+Vin*Ignd 0.2W

Vin=Vbattery=3.6V以上，Vout通常是2.8V，如果電流超過250mA會導致不穩(wěn)定,而SOT23的封裝允許散熱在0.4W左右，更加適合該部分的應用。如果從芯片尺寸考慮，可以選用DFN封裝，可以兼顧散熱要求(PD>0.4W)。

SG MICRO(圣邦微電子)作為新興的半導體供應商，也推出了一系列的LDO產品：通用LDO(三端穩(wěn)壓),射頻LDO（PSRR可以達到73DB@1kHZ）,高精度LDO(滿負載0~300mA，全溫度范圍-40~125℃，精度1.6%)。以射頻LDO SGM2007為例，輸出噪聲為30μVrms，輸出壓差為300mV(全溫度范圍，全負載0-300mA)，靜態(tài)功耗低至77μA，關斷電流小于10nA，PSRR在1kHz時為73db，216.67Hz為78dB。LDO SGM2007具有過熱保護和過流保護功能，啟動時間在20μS以內。


作者：呂亮

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