如何选择手机使用的线性稳压器

Martin Moss，美国国家半导体欧洲公司市场经理

今天，移动设备已经成为我们生活中不可缺少的组成部分。它们为我们提供了各种好处，如安全，娱乐，便利。但就用户的感受来说，移动设备本身并不具备高的价值。

今天，一旦客户与运营商签好合同，大多数手机的出售价格都很低。客户的成本在于合同持续的时间，而不是手机本身。所以客户把手机本身看作一种可以抛弃的东西，可以换成最新机型、颜色和应用。但这种认识略有不妥，因为手机是花费数百万人的多年努力才推向市场的一种工程成就。

某种意义上，我们可以将线性稳压器作相似的类比，但这是对手机的设计工程师而言。高性能的线性稳压器中结合了优秀的 IC 设计、封装和制造，能为下一代手机设计提供先进而必要的性能。

线性稳压器在手机系统中常被当作是“创可贴”式的东西，经常在产品开发的最后阶段才作出选择。设计工程师更关注如何使复杂的基带或RF ASIC工作，而不是要选择哪种功率/性能的线性稳压器。线性稳压器经常要靠广告彩页的规格宣传才能卖出，而不是靠数据单内页的核心特性。

规格也经常会产生误导作用，在数据单首页大肆宣传的都是主要参数，但这种方式可能会让人误解，并且这些参数不与其它参数相联系就没有价值。特别是静态电流。这种情况的出现是由于线性稳压器市场竞争的结果，因为厂家意识到工程师们的时间都很紧张，所以纷纷设法让他们能多看一眼自己的器件。

此外，没有一种表述信息的标准。不同的级别、温度和负载信息只会使设计工程师更加困惑。

线性稳压器与电池技术的关系

线性稳压器可以归为三组类型：通用、数字和模拟。根据不同应用的性质，所用线性稳压器的特性也要随之变化。线性稳压器在参数方面要不断地进行折衷。我们确定器件类型的方式取决于应用设计中的最重要的规格。

由于锂电池具有更高的单位重量能量，并且没有镍镉电池的记忆效应，便携设备的供电已经进入锂电池时代。镍镉电池仍会在便携设备中继续存在下去，但只在需要大电流负荷的应用中，如电动工具等。因为镍镉电池内阻较低。

锂电池是手机中使用的电池技术。并且这种技术的发展速度并没有与整流电池的半导体业的发展同步。唯一的重大进展是锂聚合物电池的出现，它可以装到移动设备的小型外壳中。唯一可望实现的替代品是燃料电池，但近期看来它不会有所作为，特别是这种电池的副产物是水，这在任何电子产品中都是不受欢迎的。由于移动设备待机时间和通话时间的不断延长，当前的趋势是不间断地（也许不太公平）推动半导体技术与体系结构的发展，以满足不断增加的产品需求。并且由于移动设备不仅需要考虑通话时间和等待时间，还需要考虑游戏时间，于是更强化了这一趋势。随着多媒体和互联网功能成为流行时尚，线性稳压器需要越来越低的静态电流，从而使 IC 工程师作出更多的设计折衷。今后成功的产品组合都要具备多种因素，如管理、开发体系结构甚至改善这些折衷的能力。当定义线性稳压器的性能时，这种更低的静态电流需求正在改变着所有线性稳压器的特性。

线性稳压器揭秘

自从早期的齐纳二极管以来，线性稳压器走过了漫长的道路。现代的线性稳压器采用了许多巧妙的体系结构来应对挑战性的需求。基本上，一个线性稳压器就是一个运算放大器和一个传输晶体管。运算放大器使用两个基准点。它们是内部带隙基准，和输出端的一个电阻分压器。在稳压过程中，电阻分压网的电压值被反馈给运算放大器，并与带隙基准进行比较。传输晶体管根据比较结果决定导通的时间。这是一个基于两个主要极点的闭环系统，即误差放大器/传输晶体管的内极点，以及输出电流要求与输出电容 ESR 的外部极点。对两个主要极点的处理会影响器件的性能，也是回路稳定性的主要因素。

进一步理解线性稳压器的分类

对线性稳压器有一个稳定不变的需求，那就是越来越高的效率。用另一种指标说就是减小静态电流和正向压降。正如生活中没有免费的午餐一样，当我们提高线性稳压器的某一个参数值时，它不可避免会影响到其它的特性。

通用线性稳压器的设计是要提供最好的整体性能。各种特性的权重基本是相当的。成本和市场接受程度决定了所选择的封装类型。

数字线性稳压器设计用于支持各种主要的移动设备数字核心部分。现代 DSP 和微控制器必须工作在高效状态下，还经常有大电流需求。尤其是随着移动设备的应用不断增加及从基本的调制解调器向丰富的多媒体扩展和转移，更进一步推动了当前的需求。我们不再需要考虑用户通话和等待时间，而是要考虑玩的时间（游戏/互联网）。新兴的 CDMA 手机需要大量的纠错和滤波功能。所有这些都给数字处理核心的软件装载施加了极大的压力。这些都体现了对电源管理器件的需求。这些特性逐步成为对数字负载重要的特性，即线路与负载调整/瞬态特性。应该说，这不是仅有特性，而是许多重要特性中的两个。产品数据表的首页经常不列出这些参数。它们一般用两种方式表述，V/I 偏差的百分数值或 V/I 实际值。这些值都应该参考到负载电流或输入电压的变动。

由于移动设备的性质，会有很长的时间不需要使用核心部分。如果没有通话、搜索基站或使用多媒体功能，则电源管理设备进入休眠状态。数字线性稳压器被设计为随后进入休眠状态，此时只吸入很少电流，但当需要时可快速起动。在休眠模式期间，线性稳压器的所有主要功能都被关断，包括带隙功能。及时快速起动而不引起过冲的特性非常关键。过冲以及线性稳压器处理过冲的能力是与静态电流相联系的。在静态电流减少时，要保持或提高这一特性就是一种艰巨的工作。