2007 年 LT 推出的新 LDO 构架独领风骚

我目前一个遗憾就是不知道 LT 这位大佬在和 ADI 合并前，官网是什么样的？我可太好奇了，只能看一些以前的老新闻稿了。

现在提起超低噪声的 LDO，可以 LT3045 这颗是大多数人能想起来了的，实际上我之前也是这样认为的，不过在看了下面这个文章后，我终于知道了来龙去脉。（就像数学一样，半导体的设计也没有架构的突飞猛进，一定是一个构架快到头，或者是不再满足现有的设计需求，就会有新的东西出来）

写这篇文章的更是重量级

写这篇文章的更是重量级

创始人写的

创始人写的

虽然这篇文章是 13 年标出来的，实际是最早在 LT3080 这颗料上面用的新构架：

2007 年 7 月 23 日

2007 年 7 月 23 日

当时我才几岁，别说这么高级的货了，收音机都没拆过几台。

传奇的AN142

Linear/ADI 的新一代 LT308x/LT309x 线性稳压器，用“电流源参考 + 电压跟随器”架构，解决传统 LDO 的一些老问题；当然它不是单独讲 LT3085，而是把 LT3080、LT3081、LT3083、LT3085、LT3086、LT3090、LT3092 这一类器件的设计思想统一说明。

Google 给的，还不错

Google 给的，还不错

传统可调 LDO 的老问题

传统可调稳压器大多是这种结构：

也就是内部有一个固定参考电压，外部用反馈分压器把输出电压缩小，再送回误差放大器比较。

这种结构有几个问题。

第一，输出电压越高，环路增益越低。

因为反馈网络把输出电压按比例衰减，输出电压越高，反馈系数越小；环路看到的反馈信号变弱，所以高输出电压时环路带宽会降低，结果是：

于是：

瞬态响应变慢

第二，调节误差通常按百分比规格给出。

例如 0.1% regulation 在 1 V 时是 1 mV，在 10 V 时就是 10 mV；对于精密模拟供电来说，mV 级绝对误差更有意义，而不是百分比。

第三，电流限制通常固定在芯片内部。

传统 LDO 的 current limit 是内部设定的，用户很难准确按应用需求调节；如果想要可编程限流、精确限流、温度监测、电流监测，往往要加外部电路。

AN142 的核心观点就是：传统 LDO 可以稳压，但架构限制了它的灵活性、并联能力、动态性能和监控能力。

新架构：电流源参考 + 电压跟随器

从 LT3080 开始，Linear 引入了新的 LDO 架构：

也就是内部提供一个精密电流源，外部只接一个电阻到地，这个电阻产生设定电压：

然后内部功率放大器作为单位增益跟随器：

所以输出电压公式变成：

这种结构和前面写的 LT3042、LT3085 完全是一条技术路线：

这个新架构解决了什么问题？

输出可调到 0 V

传统 LDO 通常有一个固定参考，比如 1.2 V，因此输出很难低于参考电压，而新架构中：

如果：

则：

所以它天然可以调到 0 V。这对低压数字芯片、电源时序、可编程电源很有价值。

输出电压变化不改变环路增益

因为内部始终是：

单位增益跟随，而不是传统的“反馈分压放大参考”；所以输出设成 1 V、3.3 V、5 V、10 V，理论上环路结构都差不多。

这意味着：

带宽基本不随变化

这个思想非常重要，因为现在对于精密电源，关心的往往是：

是多少或

而不是：

是多少

很容易并联

很多人可能觉得并联是一种很常见的技巧，其实不是的，这个问题就在误差放大器上面，会互相影响（另外在宣传稿里面也可以看到，并联也是一个全新的亮点）传统 LDO 直接并联通常不行，因为两颗器件输出电压略有差异，会导致一颗吃掉大部分电流。

最出名的就是这个东西了

最出名的就是这个东西了

新架构更容易并联，因为所有器件的 SET 脚可以并在一起：

于是每颗 LDO 都试图输出同一个电压，只需要在每颗输出端串一个很小的 ballast resistor，例如：

就能实现电流均分。

AN142 里列出的器件族

这些器件共享同一种“电流源参考 + 跟随器”思想，但在输出电流、限流、监测、正负电源、LDO 能力上做了不同扩展，一个系列要什么都有，这就是新架构的威力。

重点器件：LT3081 工业稳压器

这电流源也不值钱，库库加

这电流源也不值钱，库库加

LT3081 的定位是：

输出

不是追求最低噪声，而是偏工业电源、可监控电源、鲁棒电源；基本输出公式：

例如图中：

则：

图中也标了输出约 1.5 V / 1.5 A。

LT3081 的温度监测 TEMP

LT3081 的 TEMP 脚是一个电流源，比例是：

如果外接：

则温度输出电压为：

例如芯片温度 60 °C：

这个很适合 MCU ADC 读取，用于：

过温预警

注意它监测的是芯片内部温度，不是负载温度，也不是环境温度。

LT3081 的电流监测 IMON

IMON 脚也是电流源，比例为：

如果外接：

则：

例如输出电流：

则：

这个电流监测功能很适合做：

电源负载监测

而且 AN142 强调，TEMP 和 IMON 这些监测电流源可以在输出短路、输出为 0 V 时仍然工作，因为它们的工作范围相对于 OUT 可以到 以上和 以下。

可调限流 ILIM

LT3081 还有一个 ILIM 脚，外接电阻可以设定限流；这解决了传统 LDO 的一个大问题：以前限流值固定，要按应用精确设定很麻烦。

用可调限流之后，电源设计可以更接近仪器电源：

设定输出电压

做可编程实验电源、传感器激励源等。

为一个 LDO 做电源做了理论的基础

为一个 LDO 做电源做了理论的基础

SET 电阻的温漂问题

AN142 特别提醒虽然新架构很好，但 会引入输出温漂，因为：

所以：

普通贴片电阻的温漂可能是：

如果温度变化 80 °C：

所以 AN142 说，普通电阻可能带来 1% 到 4% 的输出变化，这对精密应用不可接受。

因此如果用 LT308x 做精密电源， 应该用：

低温漂薄膜电阻

例如：

更高精度的方案是：不用电阻设定，而是用精密基准或 DAC 主动驱动 SET，但是这里我也要说几句，这里的高精度的设计让成本飙升，好的 DAC 很贵得配一个好的基准，好的基准要配好电阻，妈的，谁懂工程师的苦。

设计就是这样，你愿意花钱我就能做出来好东西

设计就是这样，你愿意花钱我就能做出来好东西

SET 节点漏电问题

SET 电流通常比较小：

所以 SET 节点对漏电很敏感。

以 LT3081 为例：

如果 PCB 残留、湿气、污染导致：

则相对误差是：

对 LT3085 更敏感，因为它只有：

同样 10 nA 漏电就是：

所以 AN142 建议：

清洗

guard ring 通常接 OUT，因为：

这样 SET 周围的泄漏电压差很小，泄漏电流也会变小。

安全工作区 SOA：为什么 LT3081 更适合工业场景？

比较了 LT3081、LT1086、LT1963A 的安全工作区

比较了 LT3081、LT1086、LT1963A 的安全工作区

SOA 关注的是：

很大时，还能输出多少电流

传统大电流 LDO 在高压差时会大幅降低限流，甚至只能输出很小电流；比如 AN142 中提到，LT1086 在输入输出压差超过 20 V 后，输出电流能力可能降到约 100 mA 量级。

LT3081 的优势是：在较高输入输出压差下仍然能提供较大电流，比如在 25 V 压差附近仍接近 1 A，超过 25 V 也还有几百 mA 可用。

这对工业电源很重要，因为工业输入可能有：

以及浪涌、瞬态、长线供电、负载突变；但是SOA 大不代表可以不算热功耗，线性稳压器功耗仍然是：

例如：

这不可能靠普通小封装长期承受，SOA 是保证器件在一定条件下不立即损坏，但连续工作还要看热设计。（没想到把）

怎么火热

怎么火热

并联：新架构最大的实用优势之一

AN142 强调：旧稳压器通常不适合直接并联，因为输出电压略有差异会导致 current hogging；新架构因为是电压跟随器。

所以可以把多个 SET 脚并在一起：

每颗器件都试图让：

输出端再串小电阻：

用于均流。

电流差近似：

如果器件之间 offset 差：

ballast 电阻：

则：

对于 1.5 A 器件来说，这是可以接受的量级。

AN142 还给了 PCB 走线电阻表：

所以只需要很短一段 PCB 走线，就能实现 10 mΩ 级均流电阻。

两个 LT3081 并联得到 3.3 V / 3 A

每颗 LT3081 的 SET 电流是：

两颗 SET 并联，总 SET 电流：

图中：

所以输出为：

两颗 LT3081 每颗 1.5 A，总输出：

每个输出端串：

用于均流，并联 颗时：

所以：

用 LT3081 增强固定稳压器输出电流

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图 7 很有意思：它把一个固定 3.3 V LDO，例如 LT1963-3.3，和 LT3081 并联，提升输出电流到 3 A。

这种结构适合一种现实情况：

原系统已经用了固定

可以额外加一颗 LT3081 来分担电流，而不是完全重做电源。

图中的关键是让 LT3081 的 SET 电压比固定 LDO 输出略低几 mV；AN142 说大约低 4 mV，这样无负载时 LT3081 不会抢电流；负载升高后，输出端 20 mΩ ballast 电阻产生压降，LT3081 开始自然分担电流。

这个设计体现了新架构的灵活性：

不只可以同类并联

用更小的 SET 电阻，降低漏电影响

AN142 说，低 SET 电流有时会带来问题：

电位器高阻不稳定

Figure 8 给了一个方案人为增加流过调节电阻的电流，让 SET 网络从几十 µA 变成 mA 级；图中输出公式变为：

这意味着可以用低阻值电阻/电位器来调输出，SET 节点不再那么怕 nA 级漏电。

如：

则：

图中标称范围大约是：

这个方法的本质是：牺牲一点电流和最低输出电压，换取更低阻抗、更抗漏电、更适合电位器调节的 SET 网络。

用 LT3092 做外部参考电流

Figure 9 更进一步：用 LT3092 产生一个外部 1 mA 参考电流，注入 LT3081 的 SET 网络。

这样做的目的：

把调压电流从提高到

于是设定电阻可以小很多：

例如 0 到 20 V：

这比用 50 µA 时需要 400 kΩ 小很多。

优点：

抗漏电更强

这个电路好，可以做“可编程/可调线性电源”，这里也可以把 LT3092 换成 DAC 控制电流源，从而实现数字可调输出。

用电流监测补偿线缆压降

图 10 是一个非常实用的工业电源技巧：用 IMON 输出补偿远端线缆压降。

负载离电源远时，导线有电阻：

输出电流越大，线缆压降越大：

如果不补偿，负载端电压会随电流下降。

LT3081 的 IMON：

把这个电流送入 SET 网络的一部分，就能让输出电压随负载电流上升：

AN142 给出的补偿电阻关系是：

例如总线阻：

则：

也就是图中的 2 kΩ。

这个方法等价于做一个前馈补偿：

从而抵消线缆压降。

它不是远端 Kelvin sense，但在只有两线供电、不能增加 sense 线时很有用。

聊聊启发

我其实不关心 LDO 的供电应用，我只想看花里胡哨的玩法

方案 A：DAC 直接驱动 SET

输出直接由 DAC 决定；但是DAC 噪声和漂移直接进入输出，DAC/缓冲器要能吸收 SET 电流，这也是我现在有点琢磨不透的一点。

方案 B：保留 RSET，DAC 微调 SET

这样做有默认输出，DAC 只负责校准，但是调节范围有限。

方案 C：DAC 控制外部电流源

类似 Figure 9：

可以用较低阻值电阻，抗漏电强，适合宽范围可编程；但是电路复杂，需要低噪声电流源和稳定环路，是的，有环路了。

方案 D：电流监测补偿线损

类似 Figure 10：

可以做“电子负载线补偿”，甚至用 MCU 读取电流后数字补偿 DAC 输出。

后记

AN142 的核心思想是：

把传统的电压基准分压反馈

换成：

精密电流源电阻单位增益功率跟随器

好处在在上面说了，噪声这块有时间再说。

国产情况

我最早就是写的 GM1200，也算是第一次真真正正的碰这些产品：

这个是演都不演了，不过产品价格有竞争力

这个是演都不演了，不过产品价格有竞争力

今天睁开眼看 SGM 也发了一个（我都不敢说一模一样的）

我天天用 42，我可太熟悉了

我天天用 42，我可太熟悉了

看参数也是追着 3041 来的

看参数也是追着 3041 来的

这样高性能的东西，大家都在做是好事，不过还是希望做点更有意思的东西，因为参数都一样，应该用哪家呢？