随着物联网技术的快速发展以及消费电子产品产品的迅速普及，当今电子应用设计中最重要的挑战之一是如何将系统的功耗降至最低。为了实现这一目标，大多数系统都利用软硬件各种低功耗模式，以期最大限度地降低整体功耗。电子产品在不同工作模式下工作时，系统电源电流可以很容易地从睡眠模式下的几微安或甚至是几百纳安到正常工作功率模式下的数十或者数百毫安不等。
低压差线性稳压器（LDO）是几乎所有电路电源系统中的必要元件。LDO的选择会对整个系统的功耗产生重要影响。一颗性能优异的LDO不仅需要具有超低的静态电流，还应该提供良好的动态性能，以保证稳定、无噪音的电压。这些性能要求往往是相互排斥的，因此对IC设计者来说是不小的挑战。因此，市场上能够同时满足这两个要求的LDO并不多。
下文将讨论常见LDO的三种偏置电路结构以及它们的特点。帮助读者在选择LDO时，在如何实现低功耗和良好的动态性能之间进行权衡提供一些参考。
在为低功耗应用选择LDO时，工程师们常常只关注低静态电流Iq的前提下，输入电压和输出电流这两个指标。虽然根据静态电流的数据可以提供一些关于LDO功耗的大致信息，但两个静态电流相同或非常相似的器件在动态性能表现方面可能存在巨大差异。
根据静态电流的定义，Iq是指没有任何负载（No Load）的情况下的接地电流消耗。所以对实际的应用而言，Iq有时就成为了一个会“骗人”的参数，因为在实际电路应用中，几乎不会出现“完全没有任何负载”的情况下。因此，更准确的选择方法是，关注在实际情况下从几微安到几十或者上百微安负载时的接地电流IGND消耗。非常有趣也非常值得注意的是，我们经常发现不同制造商的不同LDO产品的规格书里，很多数据表中给出的静态电流Iq参数都是针对完美的空载条件，而敢于展示输出电流在几十或者几百微安测试条件下的地电流IGND曲线的规格书少之又少。显然，如果输入电压降低，LDO进入Dropout范围，市场上一些稳压器的接地电流会大大增加，远远超过规格书上标定的静态电流值（是的，我就在上面吃过亏）。这种额外的电流消耗会大大缩短电池寿命，从而对产品寿命产生负面影响。电子工程师在选择LDO具体型号之前，一定要认证阅读静态电流的说明，并在可能的情况下，检查Droptout区域静态电流与负载（输出电流）的特性曲线。
LDO的不同设计
现在的超低功耗LDO的设计主要有三种：
Constant Bias LDO Regulators
恒定偏置LDO是一种传统CMOS低压差稳压器的设计工艺。使用这种设计工艺的LDO的地电流在输出电流大范围变化时都能保持恒定。采用这种工艺设计的超低功耗LDO的显著缺点是负载和线性瞬态较差，电源抑制比PSRR不高而噪声又比较大。使用较大的输出电容可以一定程度改善这个问题。下图是输出电流在10uA和30mA间变化时，使用1uF，10uF和100uF不同输出电容MC78LC的动态表现（来源：安森美半导体）：
列表总结如下：
虽然通过增加输出电容值使得瞬态振幅降低了，但同时LDO的电压稳定时间也增加了。还应注意的是，当使用大输出电容时，可能需要在VIN和VOUT引脚之间提供一个外部反向保护二极管。这将保护稳压器免受过大的反向电流的影响，否则在输入电压突然下降时可能会流过内部PMOS体二极管造成损害。增加COUT并不总是能达到理想的性能。此外，由于必须加入外部保护二极管，或者在需要快速稳定时间、小尺寸或小冲击电流的应用中，增加输出电容可能造成更多的问题。在这种情况下，建议使用接下来介绍的一些较新技术的LDO。
Proportional Bias LDO Regulators
要改善恒定偏置LDO的动态特性，在新的产品上很多IC厂家已经应用了另一种设计工艺：比例偏置LDO。下图是采用该工艺的两颗LDO的地电流随着输出电流增加的曲线（来源：安森美半导体）：
顾名思义，比例偏置LDO的地电流IGND会随着输出电流的变化而（近乎）成比例变化。这就保证了在微小电流负载的情况下，LDO的地电流不会突然成倍增加，IGND比较接近Iq值。
虽然比例偏置LDO相对恒定偏置LDO而言改善了其动态性能，但对于要求非常稳定电源供应的某些敏感电路而言可能还不够。
Adaptive Bias LDO Regulators
自适应偏置LDO是现在最新的一种设计工艺。这种稳压器采用特殊技术，在不影响微小载效率的情况下，在输出电流水平达到一定值后会大幅提升地电流的消耗，以改善负载和线性瞬态、PSRR和噪声，同时不影响“静息模式”下微小电流负载的功耗。维安电子WR0114采用的就是这种技术：
三种LDO设计比较
下图比较了三种不同工艺LDO的地电流消耗随着输出电流变化的曲线：
下图比较了输出电流在10uA跟35mA变化时，三种不同工艺LDO的动态表现：
显然恒定偏置LDO在各个输出电流范围下的地电流都很低，但是动态表现最差。自适应偏置LDO的动态表现最好。比例偏置LDO的表现介于这两者之间。
需要再次提醒的是，电子工程师在选用LDO时，不能盲目相信规格书上的数字。规格书上的数字往往是理想情况下的测试数据，与实际应用存在一定差异。最稳妥的方法就是向厂家FAE询问技术细节或者向供应商索取少量样品，亲自验证在真实条件下的产品表现。
上文中提到的WR0114是维安电子出品的一款超低功耗LDO，采用最新的自适应偏置的设计工艺。感兴趣的同学可以发邮件至fortune@ftelectronic.com或者在荃发电子有限公司的微信公众号后台留言申请免费样品。
部分数据选自安森美半导体AND9089/D应用手册。