摘要：  电压转换的方式可分为两种，一为切换式(switch mode)稳压器，另一为线性(linear)稳压器。在线性稳压器中，低压降的线性稳压器因具有较高的转换效率及较低的噪声等优点，已普遍应用在小功率的可携式产品中。这里，所谓的低压降(low-dropout)是指在相同输出电压的情形下，线性稳压器所需要的输入电压比较低，所以能够有比较好的转换效率。如果是应用在以电池作为输入电源的系统应用，由于电池随着使用时间长，电池电压会慢慢降低，因此低压降线性稳压器可以有效延长电池的使用时间。

关键字：  线性稳压器，  电压转换，  数字相机

前言

电压转换的方式可分为两种，一为切换式(switch mode)稳压器，另一为线性(linear)稳压器。在线性稳压器中，低压降的线性稳压器因具有较高的转换效率及较低的噪声等优点，已普遍应用在小功率的可携式产品中。这里，所谓的低压降(low-dropout)是指在相同输出电压的情形下，线性稳压器所需要的输入电压比较低，所以能够有比较好的转换效率。如果是应用在以电池作为输入电源的系统应用，由于电池随着使用时间长，电池电压会慢慢降低，因此低压降线性稳压器可以有效延长电池的使用时间。

线性稳压器也是属于降压型的直流转直流转换器的一种，因此输入电压需大于输出电压，才能有良好的稳压特性，所以低压降是线性稳压器十分重要的特性。线性稳压器的工作效率可以用输出电压除以输入电压来计算(线性稳压器本身的静态电流跟负载电流相比之下很小可以忽略不计)，所以输入端电压跟输出端电压压差越小，工作效率就越高。一般而言线性稳压器应用在消费型产品的工作效率最高甚至都可以达90%以上。

那线性稳压器跟切换式稳压器有何不同呢?

线性(linear mode)稳压器(如图一所示)

1. 噪声和涟波信号小，输出电源干净

2. 不需使用磁性组件，如电感器

3. 输出效率不高，视输入端电压跟输出端电压压差而定

4. 要求稳压器低压降，本身功耗低

5. 周边零件少，不占空间

6. 线路简单，线路成本低

7. 适合小瓦特数应用的可携式产品

切换式(switch mode)稳压器(如图二所示)

1. 噪声和涟波信号较大

2. 需使用磁性组件，如电感器

3. 输出效率较高

4. 本身功耗较高

5. 周边零件多，需较大空间

6. 线路较复杂，线路成本较高

7. 适合大瓦特数应用的产品

由于各种消费型产品所需的系统电源规格都不一样，所以不同产品有其适合的电源转换器架构。

然而线性稳压器的优点是输出电压对负载变化反应较迅速、输出电压的漣波与噪声较低、电路架构简单、体积小、价格低廉，成为小功率降压及稳压必要的电路，在各式的可携式产品，大量地被采用。低压降线性稳压器在电源管理系统中扮演着不可或缺的角色，较适合应用在较低电压、小功率的电压转换器。而低压降线性稳压器根据不同的系统应用特性，分成许多不同种類：有低输出噪声、快速瞬时响应、低静态电流、大输出电流输出、低静态电流、低电压差、快速开关机、缓启动、高涟波抑制率(High PSRR)等，依不同系统应用可选择符合的产品。

以下将针对线性稳压器的主要特性及可携式产品规格应用做初步的介绍。

图一：线性(linear mode)稳压器应用线路

图二：切换式(switch mode)稳压器应用线路

线性稳压器的外部线路架构

应用在数字相机(DSC)中AFE (Analog Front-End Power)的线性稳压器LD6922，周边零件只需要3颗小包装陶瓷电容(如图三)，VIN Pin 输入电源来是DSC 中的电源管理IC(PMU power)，VOUT Pin是经由线性稳压器输出一个干净无涟波的电源给后级AFE Power Driver Chip，再去驱动 CCD/CMOS Sensor(如图四)。SS Pin 为Soft Start Pin做缓启动功能，可以抑制开机时的Inrush Current。影像感测组件CCD/CMOS Sensor 需要一个干净的输入信号，所以3合一的影像驱动芯片需要一个干净无噪声的电源信号，而一个拥有高涟波抑制率(High PSRR) ，低输出噪声的线性稳压器便能符合其需求。

图三：线性稳压器LD6922应用线路

图四：数字相机中影像感测部分方块图

涟波抑制率和输出噪声

涟波抑制率PSRR(Power Supply Rejection Rejection)指的是电源IC对输入电源所挟带进来噪声的抑制能力，在不同频率下，每颗电源IC的涟波抑制能力都不同，如图五所示为LD6922的涟波抑制率跟频率的关系图，在10Hz~100KHz时约为50~70dB，20dB代表着输入噪声为100mV时，输出噪声为10mV，40dB代表着输入噪声为100mV时，输出噪声为1mV，60dB代表着输入噪声为100mV时，输出噪声为0.1mV，所以涟波抑制率PSRR越高，表示涟波抑制能力越好。想要得到一个干净的电源输出，除了高涟波抑制率外，还需要注意线性稳压器因降压本身所产生的噪声(Ripple & Noise)，需越小越好，如图六所示为线性稳压器LD6922的输出电压噪声的实测波形图。

图五：涟波抑制率跟频率的关系图

图六：输出噪声的实测波形图

除了稳态输出的涟波外，以下要讨论的是线性稳压器瞬时的输出涟波。

线性稳压器的动态负载输出特性

图七：LD6922应用线路及内部方块图

图八：LD6922以高带宽线路实现输出电压的负载响应

传统设计上， 为了得到较佳的输出电压负载变化特性，都是着重在如何加快回授响应的速度，这种方式固然可行，但在输出负载变动的瞬间仍然会造成瞬间电压往下或往上的变动，瞬间电压的变动及电压回复所需时间，对于电压信号很敏感的影像侦测组件而言，都有可能造成影像的干扰。LD6922为了改善此一问题，以高带宽线路实现输出电压的负载响应，在输出负载变动的瞬间，输出电压呈现微小电压降，负载回复后，输出电压则回复到原来的位准，所以负载变动所造成的输出变化较小，且没有因负载变动，所造成输出电压回复所需要的时间，所以有较佳的输出负载特性，可以有效改善消费型产品影像质量的问题，如图七及图八所示。

图九为LD6922输出电压的动态负载特性实测波形，在输出负载电流加载的瞬间，输出电压很平滑的下降一个微小的准位，输出负载电流卸除的瞬间，输出电压很平滑的回复到原来的准位。在负载加上的瞬间，TG电压的平整度跟CCD取样的效能有关，所以一个很平滑的电压变动对影像质量的影响是很重要的。

图九：LD6922输出电压负载响应波形图

图十是LD6922的输出动态负载特性跟传统设计的输出动态负载特性的实测波形比较图

图十： LD6922输出电压负载特性跟传统负载特性的波形图

图十一是使用LD6922 应用于数字相机的CCD输入端电源的影像实拍测试，图十二是使用一般线性稳压器应用于数字相机的CCD输入端电源的影像实拍测试，在画面左边LD6922比一般线性稳压器有较佳的影像质量。

图十一：LD6922影像实拍测试

图十二：一般线性稳压器影像实拍测试

结论

在消费型产品功能不断的整合及升级，对影像质量的要求也越来越高，为了要满足这些需求，一个干净无涟波的输出电压，规格上势必是越来越严苛，也是线性稳压器未来的发展趋势。一个可以符合稳态输出及动态负载输出下都能有良好干净的输出电源，才是一个好的线性稳压器，也才能真正符合消费型产品的需求，使消费型产品的影像质量能更提升，产品更有竞争力。