你真的了解LDO吗？——带你读大厂datasheet

 引言： 

        各位新入门或者从业多年的硬件工程师们，你们是否认真了解过器件datasheet所描述的信息？

        当我们拿到第一块开发板时，我们都第一次阅读原理图时，完全不知道那些字母和数字代表什么意思，然后我们通过百度搜索到1117时一个线性稳压器（LDO），输入5V时可以输出3.3V给MCU供电，再然后我们自己制作PCB时可能会发现为什么我系统接入24V电源时1117总是发热严重甚至烧毁？询问前辈或者通过自己的搜索重新查看datasheet发现1117在absolute maximum ratings栏里有一个参数叫input voltage = 15V，终于我们知道器件有一个最大输入电压15V，超过15V时会对器件造成不可逆的损伤。

        再然后，当我们设计一个锂电池系统时，我们也会发现为什么锂电池接在1117的输入端时输出不是3.3V呢？这时候我们就要知道有一个参数叫Dropout Voltage，他指的是器件要达到指定输出时，输入端与输出端的最小电压差，1117的Dropout Voltage典型值为1.1V，锂电池电压在3.6-4.2V，我们想要让1117输出3.3V，那么1117的输入端，也就是锂电池电压至少应为3.3+1.1=4.4V，锂电池无法满足，因此器件无法达到理想的3.3V输出。

        我们刚入门时也许都会犯这些设计错误，但我们总要成长，记住自己犯下的错并且在下次设计时避开，尽可能的，我们也要给新入门的开发者提供帮助，让国内硬件设计水平更上一层楼。（本人也仅仅是个小白，希望能将自己曾经遇到的问题、自己的理解和感悟记录下来供他人学习和参考）

        如果你刚巧喜欢硬件、喜欢对比器件的不同点与优劣，那我希望我的文章能对你有用~

        下面开启正文部分，我们首先来了解一下什么是LDO。我们以最简单的器件开始聊起，逐渐深入，带你从不同的视角看待硬件设计。

1、LDO是什么？

        LDO（Low DropOut Voltage Regulator）中文名——低压差线性稳压器。它在电路中的作用是将一个高电压电源转换为一个低电压电源给器件使用，在电子电路中非常常见，在近现代数字、模拟、数模混合系统中离不开它。我们熟知的AMS1117、LM7805等都属于LDO，最早的LDO概念由RobertDobkin在1977年提出，到如今已有近50年历史，随着科学技术水平的不断进步，LDO的性能、参数有了肉眼可见的提升。

2、带你读Datasheet

        我们先拿最常见的AMS1117举例。

        数据手册原文：Microsoft Word - DS1117 (advanced-monolithic.com)

        打开数据手册我们首先看到的AMS的全称-Advanced Monolithic Systems。右侧告诉我们AMS1117这颗器件是一个1A输出能力的电压差线性稳压器。

        左侧的FEATURES讲述了简要的器件特性：

• 该器件有三端可调电压输出或三端固定电压输出（1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V版本）
• 1A的电流输出能力
• 能够在1V压降下工作，也就是输入输出最小压差是1V
• 线性调整率最大0.2%
• 负载调整率最大0.4%
• 有SOT-223、TO-252和SO-8封装可选

        右侧的APPLICATIONS是典型应用场景：

• 高效率线性电源
• 开关电源后级调整器——开关电源纹波大，经过一级LDO降低纹波噪声
• 5V到3.3V线性稳压器——用的最多的场景
• 电池充电器
• 激活SCSI终端
• 笔记本电脑电源管理
• 电池供电仪表

        GENERAL DESCRIPTION器件简要描述

        AMS1117是一系列可调兼固定电压调节器，设计在1V输入输出压差下保证1A电流输出能力，器件的输入输出压差最大不超过1.3V，负载电流与输入输出压差成正比，电流越小，压差要求越小。

       片上参考电压误差范围在1.5%，电流限制是为了减少过载时对调整器和电源电路走线的压力。

AMS1117与其他三端SCSI稳压器引脚兼容，并且提供一个小面积的表面贴装SOT-223封装，8脚SOIC封装以及一个TO-252塑封封装。

                ORDERING INFORMATION订购信息

        

        PIN CONNECTIONS描述了管脚定义和封装参考

        ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS描述了最大允许工作范围

        最大耗散功率由器件决定；最大输入电压15V；工作结温（控制部分、功率晶体管部分）-40℃-125℃；储存温度-65℃-150℃；焊接温度265℃；封装热阻SO-8 160℃/W、TO-252 80℃/W、SOT-223 90℃/W（根据焊接不同以及安装方式、底部铜皮大小不同热阻在46℃/W-90℃/W以上分布）。

        

        ELECTRICAL CHARACTERISTICS电气特性

        手册中最重要的部分 ，上表中的参数测试调整为输出电流0mA，结温25℃。

        Reference Voltage，指可调电压型号ADJ管脚电平，如下图所示ADJ管脚电平典型值1.25V，根据电阻分压定律即可求得Vout值，但前提是满足1117的最小输入输出电压差。比如该参数为在输出电流10mA、输入输出电压差在1.5V-12V范围内时测得的1.25V。

        Output Voltage，指各固定电压值输出版本的输出电压误差范围。

        Line Regulation，线性调整率，指输入输出电压差由1.5V增加到12V时输出电压的变化量。这里我们注意到，可调电压版本用百分比表示；固定电压版本用mV表示。

        Load Regulation，负载调整率，指输出电流在0-0.8A变化时输出电压的变化量。

        Dropout Voltage，输入输出电压差。注意测试条件为输出电流0.8A时。

        Current Limit，输出电流限制。如果电路中瞬间电流超过该值，1117可能会短暂失效无输出，从而引起后级断电重启。

        Minimum Load Current，最小负载电流，仅限与可调电压版本，由于可调电压版本靠电阻分压来确定最终的输出电压，因此输出端对地必然存在电流，该值限制了我们调压电阻的取值范围，太大可能导致1117输出电压不对，太小会引起分压电阻上功耗增加。

        Quiescent Current，静态电流，同最小负载电流，仅限于固定电压版本。电流特点一样。不同器件的静态电流不同，在电池供电、低功耗等系统中应注意芯片选型。

        Ripple Rejection，纹波抑制比，同PSRR参数，指器件输入端纹波对输出端的影响程度，60dB即1000倍，如果电源输入端由1V的纹波，则器件输出端衰减1000倍只有1mV的纹波，这也就是为什么通常DCDC电源后会接LDO的原因，现在的超低噪声LDO纹波抑制比能做到100-110dB，极大程度减小电源噪声。另外请注意参数的测试条件中提到的纹波频率、输出电容、输出电流等，这些都来自实验室数据，实际电路中，纹波并不一定等于该频率，实际输出纹波需要经过验证，通常情况下，纹波频率越高、纹波抑制比越低，输出纹波越大。

        Thermal Regulation，热调整率，与系统热设计相关。

        Adjust Pin Current，仅限于可调电压版本，ADJ管脚电流。假设系统没有纹波，没有噪声，如果要求1117输出电压精度很高的情况下，不能仅考虑分压电阻，还要考虑ADJ管脚电流的影响。

        Adjust Pin Current Change，输入输出压差变化时，ADJ管脚电流变化量。

        Temperature Stability，温度稳定性，可能是温度变化影响输出的变化范围吧，没太关注过。

        Long Term Stability，长期稳定性，在一定温度下工作一定长时间前后输出变化量。

        RMS Output Noise（% of Vout），一定频率范围内输出端的均方根噪声，相对于输出电压的占比。

        Thermal Resistance Junction-to-Case，结与封装的热阻，热设计时考虑。

        

        应用提示

        AMS1117提供了短路保护和热保护，并且兼容旧的三端稳压器封装，但是提高了输出精度并允许更低的输入输出电压差。

        AMS1117需要使用输出旁路电容来做频率补偿，在输出端增加22uF固态钽电容以确保工作稳定性。当在ADJ管脚增加旁路电容来改善纹波抑制时，需要增加输出端电容，使用22uF钽电容时，ADJ管脚有无旁路电容都可稳定工作，若不需要ADJ管脚电容，输出电容使用较小的容值也可以正常工作。