中心議題：
- CMOS LDO產品的特點
- MOS LDO的穩定性分析
- CMOS LDO產品的應用
- BCD的CMOS LDO產品簡介
解決方案：
- 將噪聲用濾波器過濾掉大部分
- 將噪聲源減少，其核心就是低噪聲的器件工藝
隨著便攜式產品越來越多，產品的功能，性能的提升，它們對電源管理的要求也更高了，這里跟大家探討的是CMOS LDO在便攜式產品中的應用。便攜式產品在大多數情況下是靠電池供電，內部(即電池后端)的電源管理有DC/DC和LDO兩種實現方式，各有優缺點。正常工作時，DC/DC模塊能提供給系統穩定的電壓，并且保持自身轉換的高效率，低發熱。但在一些應用條件下，比如工作在輕載狀況下或是給RF供電時，DC/DC的靜態電流及開關噪聲就顯得比較大了， CMOS LDO正好可以滿足在這些應用條件下的供電要求，CMOS LDO有著極低的靜態電流，極低的噪聲，較高的PSRR（電源紋波抑制比），以及較低的Dropout Voltage（輸入輸出電壓差）。
CMOS LDO產品的特點
1.CMOS LDO的自身功耗：
CMOS LDO在正常工作時，存在自身的功耗，可以大概表示為：
Pd=(Vin-Vout)×Iout+Vin×Iq，
由這個式子可以看出，重載以及大輸入輸出電壓差都會增大Pd，從而降低LDO的轉換效率。然而當Iout=0時，Iq決定LDO的功耗，而CMOS LDO的Iq僅有1uA~80uA，使得LDO自身幾乎沒有功耗。
如在TCXO(溫度補償晶振)電源中，其只需要5mA的負載電流，Vout固定，若能控制Vin的值僅稍大于Vout+Vdrop，(一般地，CMOS LDO的Vdrop在Iout=5mA條件下，其值為5mV~10mV)，則LDO的自身功耗Pd在不到1mW，這取決于方案設計工程師在應用電路中的設計。
現在更多的工程師，將DC/DC與LDO共同設計進電源管理方案中，因為他們發現，開關型轉換器存在一定的噪聲干擾和高靜態電流等問題，這種情況在處理器供電應用中尤為突出。開發商為了讓處理器在不執行指令時保持極低的電能消耗，往往把產品設置為“深度睡眠模式”和“喚醒工作模式”兩種狀態。
而如果在“深度睡眠模式”下仍然采用開關型轉換器，其噪聲和靜態電流性能反而不如LDO優越?；谶@種情況，已經有廠商針對處理器（例如基帶處理器）供電應用推出了LDO與開關型轉換器雙模系統。當處理器處于“喚醒工作模式”時，系統通過芯片內部開關切換成PWM模式，LDO輸出為高阻態，為處理器提供較高的電壓和較大的電流；而當處理器處于“深度睡眠模式”時，系統通過芯片內部開關切換成LDO模式，SW輸出為高阻態，為處理器提供較低電壓和微小電流。
2.CMOS LDO的穩定性：
典型LDO應用需要增加外部輸入和輸出電容器。LDO穩定性與輸出電容的ESR密切相關，選擇穩定區域比較大的LDO有利于系統的設計，并可以降低系統板的尺寸與成本。利用較低ESR的電容一般可以全面提高電源紋波抑制比、噪聲以及瞬態性能。
陶瓷電容器由于其價格低而且故障模式是斷路，通常成為首選；相比之下鉭電容器比較昂貴且其故障模式是短路。請注意，輸出電容器的ESR 會影響其穩定性，陶瓷電容器具有較低的ESR，大概為10mΩ量級，而鉭電容器ESR在100 mΩ量級。
另外，許多鉭電容器的ESR隨溫度變化很大，會對LDO性能產生不利影響。BCD的CMOS LDO產品采用ESR范圍在10mΩ~100Ω的輸出電容就可以滿足全負載范圍內的穩定性。
3.電路簡單及價格低：
LDO的應用電路都比較簡單，除了LDO自身以外，只需要2顆電容，個別產品還需要一顆bypass電容。總共只需要3~4顆原件。如此簡單的電路在成本也就相應很低了。
[page]
4.電路所需PCB面積小：
CMOS LDO的Cin和Cout大多小于等于2.2uF，這樣的容值，0603封裝就可以做到了，LDO的封裝一般只是SOT-23或SC-70,整個電路在PCB上的面積只有20mm2~30mm2，極大的節省了電路板的空間。
CMOS LDO產品的應用
由于CMOS LDO產品的拓撲結構決定了其較低靜態工作電流的特性，使得其非常適合在電池供電的手持設備系統中應用。下面以PHS手機為例來說明CMOS LDO的應用和選擇。
1.Baseband Chipset Power Supply
Baseband數字電路部分的工作電壓在1.8V~2.6V之間，當手機鋰電池的電壓降到3.3V~3.2V時，手機將關機，這時電池到BB工作電壓的壓差為500mV~600mV,對于CMOS LDO來說，這么大的工作電壓和壓差使LDO正常工作不是問題，低噪音和高PSRR都不是問題，而對BB工作在輕載時LDO的靜態電流要求要非常小。Baseband模擬電路部分的工作電壓在2.4V~3.0V，與手機最低工作電壓的差值為200mV~600mV，同時，需要在低頻時（217Hz）有較高的PSRR，用以抑制RF部分對電池的干擾。此外，這顆LDO的會始終處于工作狀態，所以也要求有極低的靜態電流。
2.RF Power Supply
RF電路需要2.6V~3.0V的工作電壓。在電路中，如低噪音運放(LNA),up/down converter,mixer,PLL,VCO,和IF stage都要求很低噪音和很高PSRR的LDO
3.TCXO Power Supply
溫度補償晶振（TCXO）需要的是一顆極低噪音并帶有enable pin的LDO，盡管TCXO只需要5mA的工作電流，但它同樣要一顆單獨的高PSRR的LDO為其供電，來隔離其他噪聲源，如RF產生的低頻脈沖噪聲。
4.RTC Power Supply
RTC電源會一直處于工作狀態，即使在手機關機以后。因此它需要一顆極低靜態電流的LDO，同時，這顆LDO要求具有小的反向漏電流的保護功能。
5.Audio Power Supply
在手機音頻電源方面，會用到300mA~500mA稍大電流的CMOS LDO，同時，也要求在音頻范圍內(20Hz~20kHz)有低噪音和高PSRR的特性,來保證良好的音質要求。
CMOS LDO產品的設計思想
以下著重從Noise方面來闡述CMS LDO的設計思想。
[page]
從上面這個框圖可以看出，方案一比方案二要多封裝出來一個Pin，這個Pin一般稱作”Bypass”，對于這個Bypass管腳的作用描述往往是：An external bypass capacitor, connected to this terminal, in conjunction with an internal resistor, creates a low-pass filter to further reduce regulator noise.（Bypass腳外接一個電容，與電路內部的電阻組成低通濾波器，用以減小Regulator的輸出噪聲）。因為加了這個Bypass電容（一般10nF），LDO對Enable（使能）響應速度會變慢(從us級到ms級)。因此如果LDO的應用場合沒有低噪聲的要求或對噪聲要求不高，一般建議可不加這個電容。
LDO的輸出噪聲主要來自于Voltage Reference這個模塊，Bypass腳就是外接在Voltage Reference的輸出端。因此將Voltage Reference的噪聲降低，就能降低LDO的輸出噪聲。
方案一中，如不加bypass電容，CMOS LDO的噪聲一般在200~450uVrms（沒有負載時的電源電流越小，這個噪聲越大），加了這個電容濾波后，LDO的噪聲一般為30~50 uVrms，因此方案一的低噪聲CMOS LDO都是有這個Bypass腳，并且是必須加這個濾波電容才能做到低噪聲。
當然也有例外，個別歐美的大廠商采用先進的工藝設計生產的的CMOS LDO把本該外面加的Bypass電容做到了芯片里面，這樣的LDO產品的噪聲約為100 uVrms的水平。
方案一的思路是將噪聲用濾波器過濾掉大部分，而方案二的思路是將噪聲源減少，其核心就是低噪聲的器件工藝。采用方案二的CMOS LDO根本不需要Bypass電容，就能使輸出噪聲降低到30~50 uVrms。
從用戶角度來講，沒有這個Bypass電容，既可以節省系統成本，又能獲得較高的性能，何樂而不為。因此，對于輸出電流較小的CMOS LDO，無論在高中低端市場的各個層面，僅從性能價格比方面來講，方案二的產品都略勝方案一的產品，方案二的核心是低噪聲低功耗的器件工藝的采用。
值得注意的是，采用低噪聲低功耗的器件工藝生產的CMOS LDO以其較高的性價比占據了同類產品市場的70%以上的份額。對于這種形勢，BCD憑借IDM公司工藝產品同步開發的優勢，自行開發出了這種低噪聲低功耗的器件工藝，并在中國大陸率先達到了批量大生產的水平，基于這個生產工藝，BCD已推出其驗線的CMOS LDO產品AP2121/2、AP2138/9。并且，BCD還將陸續推出一系列電源管理IC新品。
四、BCD的CMOS LDO產品簡介
1.AP2121/AP2122
這是采用BCD的低噪聲低功耗CMOS工藝設計生產的低壓差、低噪聲、高電源紋波抑制比的LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為150mA，300mA限流；靜態工作電源電流為25uA；在輸出電流150mA時的輸入輸出壓差小于200mV；不需要外接Bypass電容，其輸出噪聲就小于50uVrms。在這個產品中采用了BCD的專利《用于提高低頻電源抑制比的電路及包含該電路的電路裝置》（中國專利：2004201166551.9.）。這個產品非常適合在手持式電子產品的BASE BAND上面的應用。
2、AP2138/AP2139
這是另外一類采用BCD的低噪聲，低功耗CMOS工藝設計生產的低壓差、低噪聲、LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為200mA，300mA限流；靜態工作電源電流為1uA；在輸出電流100mA時的輸入輸出壓差小于200mV；不許外接Bypass電容，其輸出噪聲小于80uVrms。無論是直流性能還是瞬態響應等多方面，AP2138/9都要比市面上的同類產品更勝一籌，非常適合用于MP3和手持式電子產品的RTC上面的應用。
3、AP2115/AP2117
這是一款采用上面提到的方案一設計生產的低壓差、低噪聲、高電源紋波抑制比的LDO產品，其特點是最大輸出電流能力的最小值為300mA，500mA限流；靜態工作電源電流為80uA；在輸出電流300mA時的輸入輸出壓差僅為300mV；不外接Bypass電容，其輸出噪聲為180uVrms，當外接10nF的Bypass電容后輸出噪聲就小于30uVrms。值得一提的是，該類產品具有與使能端聯動的快速放電功能，有效地延長了電池的使用壽命，適用于RF、Audio Power Supply等?！ ?/p>
