為什么99%的硬件工程師沒有用好LDO？

相信打開的硬件工程師們對LDO都非常的熟悉，沒錯，LDO就是一種線性穩(wěn)壓器，我們在幾乎任何一個電路設(shè)計中多會使用到這個器件，但很少人能夠用好這個東西。

首先我們拿出TI出品的TLV1117的數(shù)據(jù)規(guī)格書，看一下規(guī)格書中對于線性穩(wěn)壓器輸出的設(shè)計要求。

可以看到對于TLV1117來說，輸出電容是有明確要求需要使用鉭電容或者鋁電解電容，并且特別說明了ESR需要在0.2Ω到10Ω之間。

相信很多硬件工程師都因為目前MLCC電容的大行其道，直接在輸出電容部分放了0.1-10uF的陶瓷電容，并且并了多個。

還有些公司特別的要求，禁止選用鉭電容，即使使用也需要降額設(shè)計，華為更是將鉭電容選型規(guī)定到了電壓余量留出3倍。

為什么LDO的數(shù)據(jù)手冊要規(guī)定使用鉭電容？

為什么我們這樣設(shè)計了，大部分也沒出問題？

我們來分析一下：

為什么數(shù)據(jù)手冊中往往推薦使用鉭電容。

原因在于，早些年的LDO芯片設(shè)計中，芯片設(shè)計工程師在進行電源環(huán)路仿真的時候需要對環(huán)路輸出的相位做補償，這就需要在輸出端并連接入一定的阻值（感興趣的同學(xué)可以自行谷歌），于是工程師利用了鉭電容本身的ESR來保證電源環(huán)路的穩(wěn)定性。

也就是說，如果你還在使用老的LDO產(chǎn)品進行設(shè)計，又不想用鉭電容，那么MLCC上面串個電阻也是可以的。

其實現(xiàn)在很多LDO的設(shè)計已經(jīng)不再要求輸出電容必須采用鉭電容了。

原因也很簡單，早期LDO設(shè)計的時候是因為鉭電容被廣泛使用，因此工程師在設(shè)計芯片的時候直接使用了鉭電容進行測試。

而現(xiàn)在我們廣泛使用的是MLCC，因此芯片設(shè)計師在環(huán)路設(shè)計上就考慮的MLCC，也就不會存在使用了陶瓷電容導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)定的情況發(fā)生了。

但是也要注意，并不是所有的陶瓷電容都可以往上懟的，輸入和輸出電容必須滿足預(yù)期工作溫度和工作電壓下的最小電容要求。

陶瓷電容可采用各種各樣的電介質(zhì)制造，溫度和電壓不同，其特性也不相同。

對于5V應(yīng)用，建議采用電壓額定值為6.3V至10V的X5R或X7R電介質(zhì)。Y5V和Z5U電介質(zhì)的溫度和直流偏置特性不佳，因此不適合與LDO一起使用。

為什么我們老的LDO設(shè)計使用了陶瓷電容器也沒有發(fā)生故障呢？

這個大部分原因是你的設(shè)計對LDO的輸出穩(wěn)定性要求不高，我們可以看一下對于LDO的一組測試：

我們使用相同容值的陶瓷電容和鉭電容對LDO做測試，可以看到，即便是TI的TLV1117，它的輸出波動也有兩百多毫伏了。

而山寨的ANS1117更是達到了五百毫伏電壓最低點，連2.8V都不到，這很有可能會導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定。

所以在電源電路的設(shè)計中，對于電容的選擇尤為重要，接下來可以看一下不同電容技術(shù)的特性。

電容具有各種尺寸、額定電壓和其它特性，能夠滿足不同應(yīng)用的具體要求。

常用電介質(zhì)材料包括油、紙、玻璃、空氣、云母、聚合物薄膜和金屬氧化物。每種電介質(zhì)均具有特定屬性，決定其是否適合特定的應(yīng)用。

在電壓調(diào)節(jié)器中，以下三大類電容通常用作電壓輸入和輸出旁路電容：多層陶瓷電容、固態(tài)鉭電解電容和鋁電解電容。

多層陶瓷電容

多層陶瓷電容(MLCC)不僅尺寸小，而且將低ESR、低ESL和寬工作溫度范圍特性融于一體，可以說是旁路電容的優(yōu)選。

不過，這類電容也并非完美無缺。根據(jù)電介質(zhì)材料不同，電容值會隨著溫度、直流偏置和交流信號電壓動態(tài)變化。

另外，電介質(zhì)材料的壓電特性可將振動或機械沖擊轉(zhuǎn)換為交流噪聲電壓。大多數(shù)情況下，此類噪聲往往以微伏計，但在極端情況下，機械力可以產(chǎn)生毫伏級噪聲。

盡管陶瓷電容存在上述缺陷，但由于尺寸小且成本低，因此幾乎在每種電子器件中都會用到。

不過，當(dāng)調(diào)節(jié)器用在對噪聲敏感的應(yīng)用中時，設(shè)計人員必須仔細(xì)評估這些副作用。

熟悉一下我們常用的貼片電容 ?MLCC簡介

固態(tài)鉭電解電容

與陶瓷電容相比，固態(tài)鉭電容對溫度、偏置和振動效應(yīng)的敏感度相對較低。

新興的一種固態(tài)鉭電容采用導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)，而非常見的二氧化錳電解質(zhì)，其浪涌電流能力有所提高，而且無需電流限制電阻，此項技術(shù)的另一好處是ESR更低。

固態(tài)鉭電容的電容值可以相對于溫度和偏置電壓保持穩(wěn)定，因此選擇標(biāo)準(zhǔn)僅包括容差、工作溫度范圍內(nèi)的降壓情況以及最大ESR。

導(dǎo)電聚合物鉭電容具有低ESR特性，成本高于陶瓷電容而且體積也略大，但對于不能忍受壓電效應(yīng)噪聲的應(yīng)用而言可能是唯一選擇。

不過，鉭電容的漏電流要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于等值陶瓷電容，因此不適合一些低電流應(yīng)用。

固態(tài)聚合物電解質(zhì)技術(shù)的缺點是此類鉭電容對無鉛焊接過程中的高溫更為敏感，因此制造商通常會規(guī)定電容在焊接時不得超過三個焊接周期。組裝過程中若忽視此項要求，則可能導(dǎo)致長期穩(wěn)定性問題。

鋁電解電容

傳統(tǒng)的鋁電解電容往往體積較大、ESR和ESL較高、漏電流相對較高且使用壽命有限（以數(shù)千小時計）。

而OS-CON電容則采用有機半導(dǎo)體電解質(zhì)和鋁箔陰極，以實現(xiàn)較低的ESR。

這類電容雖然與固態(tài)聚合物鉭電容相關(guān)，但實際上要比鉭電容早10年或更久。由于不存在液態(tài)電解質(zhì)逐漸變干的問題，OS-CON型電容的使用壽命要比傳統(tǒng)的鋁電解電容長。大多數(shù)電容的工作溫度上限為105°C，但現(xiàn)在OS-CON型電容可以在最高125°C的溫度范圍內(nèi)工作。

雖然OS-CON型電容的性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的鋁電解電容，但是與陶瓷電容或固態(tài)聚合物鉭電容相比，往往體積更大且ESR更高。與固態(tài)聚合物鉭電容一樣，這類電容不受壓電效應(yīng)影響，因此適合低噪聲應(yīng)用。

軒哥帶你認(rèn)識一下鋁電解電容

不同電容技術(shù)參數(shù)對比

以上內(nèi)容希望能對每個工程師對于LDO設(shè)計有所幫助，也能讓各位對半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展更加了解和熱愛。