歡迎來(lái)到芝識(shí)課堂！上篇我們了解了LDO穩(wěn)壓器的基本定義、內(nèi)部原理、工作方式以及它們的電氣特性。在本篇中，您將了解電子系統(tǒng)對(duì)LDO穩(wěn)壓器的要求，以及優(yōu)化電源布局的解決方案和板上供電的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則。

電子設(shè)備為何需要LDO穩(wěn)壓器

在電子設(shè)備中，LDO穩(wěn)壓器是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件。

傳統(tǒng)電子系統(tǒng)，電源電路或穩(wěn)壓器IC（例如電源管理IC，也就是PMIC，它能夠?qū)ο到y(tǒng)里多條電源線進(jìn)行有效管理）常常被用在電路板上，目的是為每一個(gè)電路或IC供應(yīng)所需的電壓，以此保障各個(gè)電路正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

然而，實(shí)際情況并非一帆風(fēng)順。電路板上較長(zhǎng)的布線會(huì)產(chǎn)生電阻，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)顯著的壓降現(xiàn)象；同時(shí)，電路板平行布線之間存在的串?dāng)_問(wèn)題，經(jīng)常會(huì)對(duì)那些對(duì)噪聲敏感的器件造成干擾。為了妥善解決這些棘手的問(wèn)題，負(fù)載點(diǎn)（POL）穩(wěn)壓器IC應(yīng)運(yùn)而生，它們能夠在局部形成每個(gè)電路或IC所需要的電壓。

如今，電子設(shè)備朝著高性能、小尺寸以及強(qiáng)通用性的方向不斷發(fā)展。在此背景下，電路變得越發(fā)復(fù)雜，并且對(duì)節(jié)能的要求也日益提高。在這樣的趨勢(shì)下，眾多電路和IC開(kāi)始采用低電壓供電來(lái)工作。

除此之外，傳感器以及高精度模擬電路對(duì)電路設(shè)計(jì)提出了低噪聲的嚴(yán)格要求。這一系列變化，都凸顯出LDO穩(wěn)壓器在當(dāng)下電子設(shè)備中的重要性與必要性。

如圖1左側(cè)所示，電路板設(shè)計(jì)中因電源走線設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引發(fā)兩大問(wèn)題：長(zhǎng)電路板跡線電阻引起的遠(yuǎn)端電壓降會(huì)引起電壓與時(shí)間波形不穩(wěn)定；而電路板并行跡線之間的電容耦合引起的串?dāng)_（信號(hào)重疊），高頻或敏感信號(hào)可能被噪聲污染，導(dǎo)致信號(hào)完整性（SI）問(wèn)題。

該板使用單個(gè)電源IC（例如PMIC）為多個(gè)IC和電路提供所需的電壓。在這種情況下，長(zhǎng)板跡線的電阻增加和平行板跡線之間的串?dāng)_可能會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。

另外，這種一對(duì)多的負(fù)載供電可能會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端器件因電壓不足而工作異常，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖1右側(cè)是優(yōu)化電源布局的解決方案，將LDO穩(wěn)壓器靠近負(fù)載，縮短供電走線長(zhǎng)度，從而減少走線電阻，避免電壓降；降低走線電感，抑制噪聲信號(hào)；提供更精準(zhǔn)的穩(wěn)壓輸出（低噪聲、高穩(wěn)定性）。

圖1. 電路板設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題

在這里，為您推薦幾個(gè)板上供電的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則。

減少串?dāng)_：為有效降低電容耦合效應(yīng)，在設(shè)計(jì)時(shí)需著重關(guān)注走線規(guī)劃。合理拉開(kāi)走線間距，盡可能避免長(zhǎng)距離的并行走線，同時(shí)巧妙運(yùn)用地平面進(jìn)行隔離。這些舉措有助于減少線路間的相互干擾，保障信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

電源完整性（PI）：實(shí)現(xiàn)良好的電源完整性同樣要注意走線設(shè)計(jì)。采用短而寬的走線方式，能夠降低線路電阻與電感，減少電壓降和電磁干擾。此外，合理布置去耦電容也很重要，它可以有效濾除電源中的高頻噪聲，為電路提供穩(wěn)定純凈的電源。

信號(hào)完整性（SI）：在布線過(guò)程中，還要留意信號(hào)布局，防止敏感信號(hào)與電源信號(hào)或高頻信號(hào)并行敷設(shè)。因?yàn)椴⑿凶呔€容易引發(fā)串?dāng)_，干擾敏感信號(hào)的正常傳輸，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。

LDO與PMIC分工：PMIC承擔(dān)著全局電源分配的重任，負(fù)責(zé)將輸入電源合理分配到系統(tǒng)的各個(gè)部分，確保整體供電架構(gòu)的穩(wěn)定與協(xié)調(diào)。LDO則主要用于局部（POL）的精密穩(wěn)壓。由于PMIC到局部電路的走線可能較長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生一定的電壓降和干擾，LDO正好可以彌補(bǔ)這一不足，為局部電路提供精準(zhǔn)穩(wěn)定的電壓。

值得一提的是，東芝提供的LDO穩(wěn)壓器產(chǎn)品具有先進(jìn)模擬電路供電特別需要的低噪聲、高波紋抑制比（PSRR）、高輸出電流穩(wěn)定性（負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)）和低電流消耗等特性。

圖2. 典型LDO及其PSRR電路圖

此外，東芝開(kāi)發(fā)的新一代工藝成效顯著，大幅優(yōu)化了LDO穩(wěn)壓器的壓差特性，推出更為高效的線性穩(wěn)壓器解決方案。

本篇我們了解了電子系統(tǒng)對(duì)LDO穩(wěn)壓器的要求，以及優(yōu)化電源布局的解決方案和板上供電的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則。下篇我們將進(jìn)一步分享幾種穩(wěn)壓器的工作原理、功能和電路配置。

關(guān)于東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社

東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社是先進(jìn)的半導(dǎo)體和存儲(chǔ)解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，公司累積了半個(gè)多世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，為客戶(hù)和合作伙伴提供分立半導(dǎo)體、系統(tǒng)LSI和HDD領(lǐng)域的杰出解決方案。

東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社十分注重與客戶(hù)的密切協(xié)作，旨在促進(jìn)價(jià)值共創(chuàng)，共同開(kāi)拓新市場(chǎng)，期待為世界各地的人們建設(shè)更美好的未來(lái)并做出貢獻(xiàn)。