LDO 为嵌入式电子装置提供参考指南

作者：资深技术营销与计划经理朱文龙

我们每个人偶尔都需要发泄一下，但通常我们知道何时该适可而止；我们可以自我管理自己的行为，因为我们是负责任的成年人。另一方面，谈论到孩子的行为时，他们通常可以有一、两次犯错的机会，因为这也是学习过程的一部分，这也许是一些成年人讨厌自己身为大人的原因。

尽管嵌入式电子装置有许多充满巧思的设计，我们并不能说它们真的「学会」了如何自我调节自己的行为。我们的电路就像自己的孩子，它们在做某些事情时可能真的很聪明，然而在其他方面则仍然需要一些帮助。

那些会考验我们自我调节自我行为能力的，通常是我们无法控制的因素，对电子电路而言也是如此。意想不到的东西才会造成问题，当我们谈论到电源时，这一点也许再明显不过了。

对于敏感的模拟和数字电子装置而言，电源的扰动可能会引起主要问题。之后，集成电路是在抽象层运作，它以相对于电源供应器的电压位准代表「真实世界」的参数。如果电源供应器的动作开始不正确，而我们又没有任何办法可以调节它的话，整个系统的完整性就会出现问题。

减轻电源扰动的影响

尽管一个五岁的孩子在玩具店里崩溃可能让人非常尴尬，但通常不会造成任何长期持续性的损害。然而，当一部电子装置突然决定它不想再控制那台大机器时，恐怕就不能这么说了。在一个连网世界中，即使看起来似乎无关紧要的事情 (例如遗失了几字节的数据)，也有可能产生严重的后果。

那么我们该怎样保护自己的「孩子」不受未知事物所影响？这个问题让父母和工程师在夜里无法入眠。在宏观层次，我们将可靠的电源供应视为理所当然，家庭和办公室很少遭遇停电之苦，但如果真的发生了，我们有备援系统 (例如不断电系统) 可以让生活照常运行，至少短时间内是如此。

在微观层次也是如此，只是其形式变成维持电容器和电池备用电源。但这些并不一定总是能保护敏感电路遭遇电源位准的突发、频繁或持续的变化，这才是真正严重的问题。在这里调节就必须介入了。

标准做法会在电源转换阶段实施调节，当中间总线和负载点等概念获得接受后，在比较靠近使用点的地方实施调节，已经变得愈来愈常见和必要。即使如此，一些小型系统仍可倚赖绕行整个 PCB 电路板，将电源供应给许多装置的单一调节电源线。当晶体管密度和 IC 容量增加时，会需要更多电力，通常是在活动爆发期 (很像五岁孩子需要更多关注，却根本无暇顾及)。这些活动爆发期会对电源线产生严重的影响，造成压降和瞬态，使得从同一条电源线供电的所有装置操作全部中断。

LDO 协助我们一同表现出色

真正的问题在于连接到电源总线的每一部装置都有自己的需求，而且它们很少相互协调。例如，如果某个装置知道自己即将进入一段活动高峰期，有 100 毫秒的时间需要增加 10% 的电力，它可以要求与电源相连的其他装置进入低功率模式，或通知电源调节器增加可用的总功率。目前有一些研发朝这个方向在进行，然而对于大部分的零件而言，这种情况仍然是不可行的，因此开发人员改为求助于低压差稳压器 (或 LDO) 来提供解决方案。

LDO 针对可能遭遇扰动的电源线提供局部调节。LDO 通常只服务一个或少数几个组件，将稳定的恒定电压或电流提供给可变负载。负载的变化并不会造成电源电压下降，因为 LDO 的输入电压和输出电压之间有足够的空间，可以维持稳压。LDO 通常是线性的，并完全整合于小型封装内，这表示它们可以放在负载附近，并可大量使用，即使在小型 PCB 板上亦然。类似 AP7381 的装置，其设计目的是为 USB 端口提供恒定电压，例如当装置开启电源时，负载可能会接上及移除数次。在这种情况下，良好的电源电压抑制比 (PSRR) 也是很重要的；AP7381 的 PSRR 为 60dB。由于像这样的 LDO 在电池供电装置中经常使用，它们本身也必须是低功率，AP7381 自豪的就是静态电流只有 2.5µA。

嵌入式电子装置可能像小孩子一样早熟，也一样善变。有了一只坚定的手和坚强的父母引导，我们的子女可以渐渐成熟，并且成为社会中有用的一份子。如果工程师对嵌入式设计采用同样的良好判断，就可以让他们的电路具备自我调节功能，一旦这些电路离家之后，可能会发现自己身处严酷的环境中，要忍受这些环境，就需要自我调节功能了。