一、基本定义与功能
1.1定义
低压差稳压器(Low Drop-Out Regulator,LDO)是一种电压稳压器，属于电源管理类电路。LDO只能降压不能升压。1.2功能
在一定输入电压变化范围内和负载变化范围内保证稳定的输出电压，给需要精准稳定供电的其他芯片供电。
电压变化范围就引出
的定义：输入最小电压和稳定输出电压的压差。当输入电压大于芯片规定的该值，就可以使用这个芯片来输出。
二、基本结构与原理
2.1基本结构
1.分压取样电路2.基准电压
3.误差放大电路
4.晶体管调整电路
2.2原理
图中调整管为PMOS管（负反馈）。LDO工作原理就一句话：通过运放调节P-MOS的输出。2.2.1过程分析1：从负载变化的角度
负载
减小等导致的
减小→负载上电流增加→经PMOS管流到
，
的电流变小→两端电压下降→反馈电压
下降→误差放大器正相输入端降低→p管栅极电压变低（P管
电压不变，进而使得
的压差增大）→
输出电流增加→
输出电流增加；经PMOS管流到，的电流重新变大（不再反馈）→变大，回到正常电位，完成一次反馈控制。
2.2.2过程分析2：从
变化的角度
当变大→误差放大器负相输入端→误差放大器输出减小→p管栅极电压变低→p电阻减小→p管电流变大（负反馈）→，上电流变大→，电压上升→反馈电压上升→误差放大器正相输入端增加→抵消误差放大器向下的趋势。误差放大器给调整管的输入稳定之后，最关心的的变化，如下：
得到
其中开环增益A：指包含误差放大器和调整管整体的增益。当A足够大时：
故
在调整管和反馈网络正常工作时，输出电压由反馈网络和决定，只要这两者稳定则输出电压稳定。所以p管除了到反馈网络的另一条支路：p管电流变大（负反馈）→变大达到随变化而变化的目标。
2.2.3特别说明
（1）误差放大器当小于时，G点的电位就会减小。通俗点理解1，运算放大器总是倾向于使得正（+）负（-）输入端的电压相等，因此，运放就会减小输出。通俗点理解2，回归和的本质，是反馈跟着跑，G点的电位必须减小，才能使反馈达到标准。（2）PMOS管G电位下降后，为什么就上升呢？
这就涉及到PMOS工作状态，下图是PMOS的输出特性曲线，或者叫做伏安特性曲线，是PMOS本身的一个特性，根据G、D、S电压不同，MOS会工作在不同的区域，即可变电阻区，饱和区(恒流区)，截至区。LDO中的MOS是工作在恒流区的。顺着下图绿色箭头指示方向逐渐上升，
跟着上升而上升，而这段区域内不管
怎么变换基本不变。换句话说，恒流区内，只受控制，这就是PMOS LDO工作原理的核心部分。
三、主要参数
3.1输入输出压差
（1）定义正常工作时输入电压与输出电压之间的最小差值。（2）公式
，其中
是PMOS管导通电阻。
3.2电源转换效率
（1）定义输出功率与输入功率之比，最大理想值为
。（2）公式
,其中，
是电路正常工作时的静态电流，详情见3.7。可见当输出电压和输入电压相差很大(降压)时，效率就很低了。
3.3线性调整率
（1）定义当输入电压变化时，输出电压维持在标称值上的能力。（2）公式
3.4负载调整率
（1）定义当输出电流变化时，输出电压维持在标称值上的能力。（2）公式
3.5电源抑制比PSRR
（1）定义LDO的 PSRR数据是用来量化LDO对不同频率的输入电源纹波的抑制能力的，它反映了LDO不受噪声和电压波动、保持输出电压稳定的能力。在特定频段内，PSRR越大越好。100K到1MHz内的PSRR非常重要，这个是DCDC的噪声频率范围，LDO经常作为DCDC的下一级，要有能力滤除来自DCDC的大量噪声。在ADC，DAC，Camera的AVDD供电上，我们要选择PSRR大于80dB（@100Hz）的LDO。LDO的环路控制往往是确定电源抑制性能的主要因素，同时大容量，低ESR的电容对电源一直也非常有用，建议选择陶瓷电容。PSRR与频率有关，LDO的规格书一般会给出几个频点的PSRR值。
3.6噪声
（1）定义不同于PSRR，噪声是指LDO自身产生的噪声信号，低噪声的LDO稳压芯片可以很好的降低LDO产生的额外噪声，输出的电压更纯净，噪声一般计算出的值是有效值(rms)，也可以用peak to peak来分析。如下是某LDO的噪声水平，通常在uV级别。
LDO输出噪声的另一种表示方式是噪声频谱密度。只有高精度，低噪声电路上才需要关注这个参数。
3.7静态电流
（1）定义静态电流是外部负载电流为0时，LDO内部电路供电所需的电流。内部电路包括带隙基准电压源、误差放大器、输出分压器以及过流和过温检测电路。这个电流经过从LDO的GND流出。
在一些电池供电低功耗场景下，要考虑LDO本身自身消耗的静态电流。休眠阶段的电源消耗成为影响电池寿命的关键因素。要想最大限度地降低睡眠期间的功率消耗，需要选择具有极低静态电流的器件。一般LDO芯片的静态电流的大小与芯片的其他性能成反关系，如低噪声，高电源电压抑制比，动态性能好的LDO静态电流都偏大一些。低的LDO做的好的话＜100nA。
四、稳定性分析
这部分尽量理解即可，知识点比较深入，目前入门阶段不做要求。4.1调节输出电容改善稳定性
，
，
在输出节点上，电容为输出电容
，电阻是图中从
看进去的电阻。在误差放大器的输出端上，电容
为该电容连接在该点的集成电容，主要由两部分构成：1误差放大器的输出端贡献一部分电容；2调整管栅极的电容。
电阻是图中从
看进去的电阻，也就是误差放大器的输出阻抗。其中输出电容比较大，在微法量级，可以存储大量电压，作用是稳定输出电压。所以
这个值非常的小，为主极点。
为次极点，频率高一点，但是也不是太多，因为比较大（增益主要由误差放大器贡献，所以其输出阻抗非常的大），其次调整管为功率管，过大电流大电压，宽长比比较大，也比较大。虽然为次极点但是频率也是比较低的。
为零点，主要由于输出电容（也叫外接分立电容）上有等效串联电阻
，其中虽大，很小，总体来说的位置和电容的选择有关。
（1）偏大比较小，处在和之间，由于零点的存在，会降低幅度衰减的速度，将GBM推远，当GBW超过，显然系统很难稳定。（2）偏小比较大，将推远，意味着对系统稳定性的影响很微弱，可以不考虑。和离得比较近，GBW介于和之间，不会有很好的相位裕度，也很难稳定。（3）适中使得和几乎重合，这样用零点抵消次级点，只剩下，变成单极点系统，稳定性好。这种方式不推荐，对电容的选择太苛刻。
4.2使用缓冲器改善稳定性
五、DCDC与LDO的区别
| DC-DC | LDO |
| 外围器件多，电路复杂，成本高 | 外围器件少，电路简单，成本低，通常只需要一两个旁路电容 |
| 负载响应比LDO慢，输出纹波大 | 负载响应快，输出纹波小 |
| 效率高，输入电压范围宽泛 | 效率低，输入输出压差不能太大 |
| 支持降压和升压 | 只能降压 |
| 输出电流高，功率大 | 输出电流有限，最高可能就几A，且达到最高输出和输入输出电压都有关系 |
| 静态电流都小，根据具体的芯片来看 | |
| 开关噪声大，为了提高开关DC-DC的精度，很多应用会在DC-DC后端接LDO | 噪声小 |
| 一般都是可调型，通过FB反馈电阻调节 | 分为可调和固定型 |
六、应用电路
6.1AC-DC电路
最常见的AC-DC电源，交流电源电压经变压器后，变换成所需要的电压，该电压经整流后变为直流电压。在该电路中，LDO的作用是：在交流电源电压或负载变化时稳定输出电压，抑制纹波电压，消除电源产生的交流噪声。
6.2蓄电池电路
各种蓄电池的工作电压都在一定范围内变化，为了保证蓄电池组输出恒定电压，通常都应当在电池组输出端接入LDO。LDO的功率较低，因此可以延长蓄电池的使用寿命，同时，由于LDO的输出电压与输入电压接近，因此在蓄电池接近放电完毕时，仍可保证输出电压稳定。
6.3 开关性稳压电源电路
开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。在开关性稳压器输出端接入LDO，就可以实现有源滤波，而且也可大大提高输出电压的稳压精度，同时电源系统的效率也不会明显降低。
6.4 共电池电路
在某些应用中，比如无线电通信设备通常只有一足电池供电，但各部分电路常常采用互相隔离的不同电压，因此必须由多只稳压器供电。为了节省共电池的电量，通常设备不工作时，都希望LDO工作于睡眠状态，为此，要求线性稳压器具有使能控制端。有单组蓄电池供电的多路输出且具有通断控制功能的供电系统。
6.5 附加功能
- 通/断控制功能，允许使用机械开关、门电路或单片机来关断LDO的输出，使之进入低功耗的待机模式(亦称备用模式)。
- 输入电压反极性保护功能用来防止当输入电压极性接反时损坏LDO。
- 故障标记输出功能,当输出电压(或输入电压)低于规定阈值电压时，LDO能输出故障标记信号，微处理器在接收到此信号后，可及时完成数据存储等项工作。
- 瞬变电压保护功能，将LDO用于汽车电子设备时，需要对负载的瞬态变化(如突然卸载)进行保护，一旦输出端出现瞬变电压，立即将输出关断，等瞬变电压过去之后，又迅速恢复正常工作。
- 跟踪能力某些多路输出式LDO需要具有跟踪能力，其中一路或几路辅助输出电压能自动跟踪主输出电压的变化，并及时调整自己的输出电压值，以减小各路输出之间的相对变化量。
- 排序，所谓排序，就是在多个稳压电源构成的电源系统中，使每个稳压电源的输出都能按照规定的顺序接通或关断。
6.6LDO在STM32中的应用（H冠名）
在STM32中，某个GPIO口（12位）用于接受LDO输出的电压，REF用于设置基准电压。当LDO输出的电压（模电信号）传入该GPIO口时，该GPIO口根据代码变换12位（0和1）的数值来转换成数电信号进行下一步的利用，如下：
| LDO输出 | GPIO口 |
| 3.3v（max） |
 （12位均是1）
|
| 0v（min） | 0（12位均是0） |
七、选取原则
电压类型：确定电路需要的电压类型是正电压还是负电压。正电压的器件较多，负电压的器件可以考虑LM2991（较多大公司使用）。输入电压：稳压器输入端可以输入的电压范围（注意输入电压需要降额80％考虑）。输出电压：稳压器输出端的输出电压值，不要选有ADJ（ADJ可调电压引脚）功能的，这样节省器件，降低干扰。输出电流：稳压器输出端的最大输出电流值（至少留25%裕量）。压差：确定压差是否合适，一定要查看规格书上，对应最大电流的最小压差要求。封装：单板PCB、结构尺寸和生产线对封装形式的要求。线性调整率：稳压器输入变化对输出的影响，即在负载一定的情况下，输出电压变化量和输入电压变化量之比。线性调整率越小越好。负载调整率：是指在给定负载变化下的输出电压的变化，这里的负载变化通常是从无负载到满负载。负载调整率越小越好。电源纹波抑制比(PSRR)：表示稳压器抑制由输入电压造成的输出电压波动的能力。线性调整率只有在直流电时才需要考虑，但是电源抑制比必须在宽频率范围上考虑。PSRR是一个用来描述输出信号受电源影响的参量，PSRR越大，输出信号受到电源的影响越小。如果用在低噪声场合，一定要选择高PSRR（80dB以上）的LDO，建议在80dB以上。瞬态响应：表示负载电流突变时引起的输出电压的最大变化，它是输出电容及其等效串联电阻和旁路电容的函数。其中输出电容的作用是提高负载瞬态响应的能力，也起到了高频旁路的作用。静态电流(Iq)：又叫接地电流，是通路元件的偏流和驱动电流的组合，通常保持尽可能低的水平。静态电流越大，稳压器的效率越低。如果是电池供电，对续航要求很高，一定要选择Iq低的LDO。最大耗散功率：为了确保LDO节点温度不至于过高而损坏，LDO都必须计算最大耗散功率。LDO的实际耗散功耗要小于最大耗散功率，否则可能损坏LDO芯片。输出电容以及ESR值：- 输出电容是连接到LDO的输出端的电容。它的主要作用是在负载变化时提供额外的电荷以保持输出电压稳定。因此，输出电容越大，LDO对于负载变化的响应越好，输出电压的波动也越小。通常，1uF以上的输出电容是普遍要求的，但具体要求可能因供应商而异。
- ESR是电容器内部的电阻，主要由电解质和电极的电阻组成。在LDO选型中，ESR的值非常重要，因为它影响了电容器的性能。对于LDO来说，ESR越低越好，因为较低的ESR意味着更好的负载响应和更好的稳定性。然而，ESR也不能太低，因为过低的ESR可能会导致LDO不稳定。
和
都要求1uF以上，ESR越低越好，最好小于100mΩ，但也不能太小，低于几个mΩ也可能使LDO工作不稳定）。
0
