低電壓降壓型穩(wěn)壓和轉(zhuǎn)換可運(yùn)用多種方法來實現(xiàn),。開關(guān)穩(wěn)壓器能夠在寬電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高效運(yùn)作，但其正常操作需要使用磁性元件及電容器,。另外，也可以采用充電泵 （或開關(guān)電容器電壓轉(zhuǎn)換器）來實現(xiàn)較低電壓轉(zhuǎn)換,，但這種方案的輸出電流能力有限,，而且需要外部電容器以實現(xiàn)運(yùn)作及穩(wěn)定性。如今,，新式設(shè)計方法和晶圓制造工藝已使低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）能夠進(jìn)入該應(yīng)用領(lǐng)域,。不過，只是近期才出現(xiàn)了一款可提供快速瞬態(tài)響應(yīng),、低壓差電壓,、低電壓運(yùn)作（ < 0.6V輸出）、高輸出電流能力和單電源操作的LDO,。
目前這一代快速,、大流,、低壓數(shù)字IC（例如，F(xiàn)PGA,、CPU和ASIC）對那些負(fù)責(zé)給內(nèi)核及I/O通道供電的電源提出了嚴(yán)苛的要求,。然而，從功率輸送的角度來看這些數(shù)字IC并不可靠,。傳統(tǒng)上,，人們采用高效開關(guān)穩(wěn)壓器來為這些器件供電，但它們具有潛在的噪聲干擾問題以及瞬態(tài)響應(yīng)和布局方面的局限性,。因此,，LDO正作為一種替代方案而逐步被這些應(yīng)用以及其他低電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所接納，不過它也存在自身特有的局限性,。然而,，由于近期的產(chǎn)品創(chuàng)新和功能提升，這種趨勢正在發(fā)生改變,，而且,，最新面市的新款LDO在性能上所做的折中非常之少（如果有）。
基本的設(shè)計挑戰(zhàn)
大量的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器采用單個電壓源來執(zhí)行低壓差操作,，但無法實現(xiàn)非常低電壓轉(zhuǎn)換 （ < 0.6V輸出）,。PMOS LDO能實現(xiàn)此壓差并采用單電源運(yùn)行，但由于傳輸晶體管的Vgs特性而在低輸入電壓條件下受到限制,。NMOS型器件可提供快速瞬態(tài)響應(yīng),，但需要使用兩個電源以對器件施加偏置。NPN穩(wěn)壓器能提供很寬的輸入和輸出電壓范圍,，但不需要兩個電源電壓就是需要較高的壓差,。相比之下，利用正確的設(shè)計架構(gòu),，PNP 穩(wěn)壓器能夠在采用單個電源的情況下實現(xiàn)低壓差和低電壓轉(zhuǎn)換以及無懈可擊的保護(hù)功能,。
由于工藝技術(shù)節(jié)點的尺寸持續(xù)縮小，因而要求這些數(shù)字 IC 和其他系統(tǒng)在較低的電壓條件下運(yùn)作,。對于很多現(xiàn)有的輸入電壓軌來說,，較大電流及較低輸出電壓運(yùn)作需要增加線性穩(wěn)壓器中的功耗。功耗的這種增加將轉(zhuǎn)化為熱量,；所以,，必需采用最先進(jìn)的封裝以盡量降低穩(wěn)壓器內(nèi)部的溫升，并減少應(yīng)用中的熱問題,。具低壓差運(yùn)作能力的線性穩(wěn)壓器減少了功率耗散的熱考量因素,。
對高電源抑制比（PSRR）和低輸出電壓噪聲的要求是兩個額外的難題。具有高電源抑制比性能的器件可輕松地濾除和抑制來自輸入的噪聲，從而產(chǎn)生一個干凈和穩(wěn)定的輸出,。此外,，對于當(dāng)今那些需要考慮噪聲敏感性的新式電壓軌而言，在寬帶寬范圍內(nèi)具有低輸出電壓噪聲的器件是有益的,。顯然,，大電流條件下的低輸出電壓噪聲是一項必不可少的規(guī)格指標(biāo)。
一款適合低電壓轉(zhuǎn)換的新型單電源線性穩(wěn)壓器
對于新式低電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來說,，擁有必要規(guī)格指標(biāo)的線性穩(wěn)壓器可能是一種理想的解決方案,；然而，為了使LDO得以采用,，它將需要具備以下特性：
● 單電源操作（以實現(xiàn)易用性）
● 快速瞬態(tài)響應(yīng)時間
● 可在一個很寬的輸入/輸出電壓范圍內(nèi)運(yùn)作
● 高輸出電流能力
● 低輸出噪聲
● 非常低壓差操作
● 超卓的熱性能
● 高PSRR（在高頻條件下）
LT3022 VLDO穩(wěn)壓器
LT3022是一款1A,、非常低壓差（VLDO）線性穩(wěn)壓器，具有低至0.9V的輸入電壓能力以及低至0.2V的可調(diào)輸出電壓,。LT3022的低VIN能力加之此器件的低壓差 （在1A滿負(fù)載時的典型值為145mV）,，使其非常適合于如FPGA、ASIC,、DSP,、微處理器和微控制器等數(shù)字 IC中常見的低電壓、大電流軌,。它也可應(yīng)用于一般的高效率,、低VIN至低VOUT轉(zhuǎn)換 （例如，1.8～1.5V,、1.5～1.2V或1.2～0.9V）,。此外，該器件還以僅為400μA的靜態(tài)電流提供低功率工作模式,，停機(jī)時靜態(tài)電流不到10μA,，從而延長了電池供電型手持式應(yīng)用中的運(yùn)行時間。
圖1 LT3022的典型應(yīng)用電路━━可調(diào)輸出
LT3022穩(wěn)壓器利用低ESR,、電容值低至10μF的陶瓷輸出電容器來優(yōu)化穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng),。LT3022是高度準(zhǔn)確的，在整個電壓,、負(fù)載和溫度范圍內(nèi)具有±3%的輸出電壓準(zhǔn)確度,、0.05%的典型電壓調(diào)整率和0.05%的典型負(fù)載調(diào)整率。該器件無懈可擊的內(nèi)部保護(hù)電路包括電池反向保護(hù),、輸出反向保護(hù),、輸出至輸入（電流）反向保護(hù),、電流限制和具遲滯的熱限制,。
最后，該器件采用16引腳3mm×5mm DFN封裝和耐熱性能增強(qiáng)型MSOP-16封裝，可在-40～+125℃的結(jié)溫范圍內(nèi)工作,。
快速瞬態(tài)響應(yīng)和高PSRR
LT3022的設(shè)計可在采用多種輸出電容器的情況下保持穩(wěn)定,，但專為低 ESR 陶瓷電容器而優(yōu)化。輸出電容器的 ESR 會影響穩(wěn)定性,，這種影響在采用小值電容器時最為顯著,。應(yīng)采用一個最小電容值為10μF且ESR小于0.1Ω的輸出電容器以防止發(fā)生振蕩。LT3022是一款低電壓器件,，而且輸出負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)是輸出電容的一個函數(shù),。較大的輸出電容值可減小峰值偏差，并改善針對大負(fù)載電流變化的瞬態(tài)響應(yīng),。
圖2 LT3022的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)
輸入PSRR將隨諸多因素而變化,，例如，輸入和輸出電容器的尺寸和類型,、負(fù)載電流和電路板布局等等,。通常，CMOS穩(wěn)壓器需要足夠的電壓儲備空間以驅(qū)動傳輸元件的柵極,，否則其環(huán)路增益將受損,，進(jìn)而導(dǎo)致PSRR下降。PNP型穩(wěn)壓器（如LT3022）的對數(shù)VBE特性意味著當(dāng)超出壓差范圍時可提供卓越的環(huán)路增益和PSRR性能指標(biāo),。如圖3所示,，LT3022在整個帶寬范圍內(nèi)均提供了優(yōu)秀的電源抑制性能。
圖3 LT3022的輸入紋波抑制性能
大量的保護(hù)功能
LT3022具有多項保護(hù)功能,，從而使其非常適合在電池供電型電路中使用,。除了與單片式穩(wěn)壓器相關(guān)的一般保護(hù)功能（如電流限制和熱限制）以外，該器件還提供了針對輸入電壓反向,、輸出電壓反向,、以及輸入至輸出電壓反向的保護(hù)功能。
電流限制保護(hù)和熱過載保護(hù)功能可避免器件遭受其輸出端上電流過載情況的損壞,。對于標(biāo)準(zhǔn)操作,，不要超過125℃的結(jié)溫。典型的熱停機(jī)溫度為165℃,，而且熱停機(jī)電路具有約7℃的遲滯,。
IN引腳可承受10V的反向電壓。LT3022將電流限制在1μA以下,，而且在輸出端上不出現(xiàn)負(fù)電壓,。當(dāng)電池在插入時極性接反時，該器件可為自身及負(fù)載提供相應(yīng)的保護(hù),。
倘若VOUT被拉至地電位以下,，LT3022不會遭受損壞,。假如VIN被置于開路狀態(tài)或接地，則可將VOUT拉至地電位以下達(dá)10V,。沒有電流從與VOUT相連的傳輸晶體管流出,。然而，電流流入（但受限于）負(fù)責(zé)設(shè)定輸出電壓的電阻分壓器,。電流從分壓器中的底端電阻器以及ADJ引腳的內(nèi)部箝位電路經(jīng)由分壓器中的頂端電阻器流至外部電路,，從而將VOUT拉至地電位以下。如果VIN由一個電壓源供電,，則VOUT將提供與其電流限制能力相等的電流,，而LT3022將利用熱限制功能對自身加以保護(hù)。在該場合中,，把/SHDN引腳接地將關(guān)斷LT3022并阻止VOUT供應(yīng)電流,。
在需要采用一個后備電池的電路中，會出現(xiàn)幾種不同的輸入/輸出情況,?？梢栽诒３州敵鲭妷旱耐瑫r將輸入拉至地電位、拉至某個中間電壓或置于開路狀態(tài),。在輸入接地的場合中,，反向輸出電流小于1μA。如果強(qiáng)制LT3022的IN引腳電壓低于OUT引腳或?qū)UT引腳電壓拉至高于IN引腳,，則輸入電流通常將減小至10μA以下,。這種狀況出現(xiàn)在LT3022輸入連接至一個放電（低電壓）電池之時，而由一個后備電池或第二個穩(wěn)壓器電路負(fù)責(zé)保持輸出,。如果VOUT被拉至高于VIN,，則/SHDN引腳的狀態(tài)不會影響反向輸出電流。
結(jié)論
業(yè)界的許多LDO雖然實現(xiàn)了快速瞬態(tài)響應(yīng)和低壓差,，但傳統(tǒng)上需要采用一種兩電源配置以提供低電壓操作,。然而，新型電路設(shè)計方法及改良型晶圓制造工藝拓展了PNP型傳輸晶體管LDO的性能,。LT3022是一款采用單工作電源的1A VLDO線性穩(wěn)壓器,，具有低至0.9V的輸入電壓能力和低至0.2V的可調(diào)輸出電壓、無懈可擊的保護(hù)功能,、快速瞬態(tài)響應(yīng)以及高PSRR,。