低壓差LDO線性穩(wěn)壓器用于為典型蜂窩手機(jī)的許多部分供電。但是，這些基帶、RF和音頻部分有不同的要求，會(huì)影響哪種LDO最合適。在討論具體要求后，建議使用不同的 LDO。此外，還簡(jiǎn)要討論了一些LDO設(shè)計(jì)技術(shù)，以演示如何針對(duì)特定性能水平優(yōu)化LDO。

蜂窩電話設(shè)計(jì)需要具有低壓差、低噪聲、高PSRR、低靜態(tài)電流（Iq）和低成本的線性穩(wěn)壓器。它們需要提供穩(wěn)定的輸出并使用小值輸出電容器。

理想情況下，一個(gè)器件將具有所有這些特性，一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）可以在手機(jī)的任何地方使用，而不必?fù)?dān)心。但實(shí)際上，各種手機(jī)模塊最好由具有不同性能特征的LDO供電。本應(yīng)用筆記為選擇正確的LDO為每個(gè)手機(jī)模塊供電提供了指導(dǎo)。

基帶芯片組電源

大多數(shù)蜂窩電話基帶芯片組需要三個(gè)電路模塊的電源：內(nèi)部數(shù)字電路、模擬電路和外圍接口電路。BB內(nèi)部數(shù)字電路通常工作在1.8V至2.6V。由于大多數(shù)手機(jī)在Li+電池電壓降至3.2V至3.3V時(shí)關(guān)閉，因此BB數(shù)字LDO通常至少有500mV至600mV的裕量，因此壓差并不重要。輸出噪聲和PSRR不是數(shù)字電路的關(guān)鍵規(guī)格。相反，該電源在輕負(fù)載時(shí)需要低靜態(tài)電流，因?yàn)樵揕DO始終保持導(dǎo)通。圖1顯示了代表性GSM芯片組內(nèi)核（ADI AD20msp425）的數(shù)字電源電流如何隨時(shí)間變化。在待機(jī)模式下，微處理器僅消耗約200μA電流。由于手機(jī)保持待機(jī)時(shí)間最長，因此使用 2μA 靜態(tài)電流 LDO 而不是 100μA LDO 可節(jié)省 98μA 電流，并將待機(jī)時(shí)間延長 300μA /202μA，即 1.485 倍。

圖1.ADI AD20msp425 GSM芯片組內(nèi)核功耗曲線

BB內(nèi)部模擬電路的電源電壓典型值為2.4V至3.0V，需要200mV至600mV壓差。此外，BB模擬LDO需要針對(duì)低頻（GSM電話為217Hz）紋波抑制進(jìn)行優(yōu)化，以抑制RF功率放大器引起的電池電壓紋波。該LDO始終導(dǎo)通，因此也需要低靜態(tài)電流。

射頻電源

RF電路分為接收和發(fā)送部分。這些電路通常需要2.6V至3.0V電源電壓。LNA（低噪聲放大器）、上/下變頻器、混頻器、PLL、VCO和IF級(jí)等RF電路需要低噪聲和高PSRR LDO。特別是，VCO和PLL模塊的整體性能會(huì)影響無線電的關(guān)鍵規(guī)格，例如發(fā)射器的頻譜純度、接收器的選擇性、模擬收發(fā)器中的噪聲和嗡嗡聲以及數(shù)字電路中的相位誤差。噪聲會(huì)改變振蕩器的相位和幅度特性，振蕩器的環(huán)路電路會(huì)放大噪聲。因此，它可以調(diào)節(jié)載波。LDO輸出噪聲可以通過有效的LDO內(nèi)部設(shè)計(jì)和外部旁路和補(bǔ)償來降低。圖2顯示了PMOS線性穩(wěn)壓器的簡(jiǎn)化框圖。

圖2.簡(jiǎn)化的PMOS線性穩(wěn)壓器框圖。

LDO輸出噪聲的主要貢獻(xiàn)因素是基準(zhǔn)電壓源。圖3顯示了典型的帶隙參考噪聲頻譜。

圖3.帶隙基準(zhǔn)電壓源的典型噪聲頻譜。

為了降低基準(zhǔn)電壓源噪聲，需要在基準(zhǔn)電壓源輸出端增加一個(gè)低通濾波器。這可以在內(nèi)部或外部完成，但內(nèi)部旁路可能需要較大的芯片尺寸。專為低噪聲設(shè)計(jì)的LDO通常會(huì)為基準(zhǔn)旁路電容提供一個(gè)引腳。增加旁路電容值將降低輸出噪聲，直至參考噪聲在整個(gè)LDO電路中成為次要噪聲貢獻(xiàn)者。LDO數(shù)據(jù)手冊(cè)中的輸出噪聲與旁路電容特性的關(guān)系將提供最佳旁路電容值的信息。圖4所示為MAX8867的輸出噪聲與BP電容的關(guān)系。

圖4.輸出噪聲與MAX8867的BP電容的關(guān)系

影響LDO輸出噪聲的其他因素包括LDO內(nèi)部極點(diǎn)、零點(diǎn)和輸出主極點(diǎn)。圖5顯示了除帶隙基準(zhǔn)電壓源外的PMOS線性穩(wěn)壓器的典型噪聲頻譜。通過增加輸出電容的值或降低輸出負(fù)載，將降低高頻輸出噪聲。為RF電路選擇LDO時(shí)，請(qǐng)仔細(xì)比較噪聲規(guī)格，以確保旁路電容、輸出電容和負(fù)載條件相同。

圖5.PMOS LDO的典型噪聲頻譜，帶隙基準(zhǔn)除外。

TCXO 電源

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器產(chǎn)生一個(gè)參考頻率，用于IF部分。它需要一個(gè)帶有開/關(guān)控制引腳的超低噪聲LDO。盡管TCXO電路不需要超過5mA的電流，但它使用專用的LDO，并將LDO的輸出與其他噪聲源隔離開來。它還要求在RF功率放大器突發(fā)頻率下具有非常高的PSRR。例如，建議 GSM 手機(jī)在 65Hz 時(shí)最低 217dB PSRR。

室溫電源

RTC LDO為電容型備用紐扣電池或可充電紐扣電池充電，并為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供電流（見圖6）。3V或2.5V電池是手機(jī)最常見的。RTC LDO需要非常低的靜態(tài)電流，因?yàn)榧词故謾C(jī)斷電，該LDO也始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。它還需要具有低漏電流的反向電流保護(hù)。

圖6.RTC和可充電紐扣電池。

音頻電源

300mA 至 500mA 高電流 LDO 可能需要滿足最近的音頻需求，例如免提、游戲、MP3 和蜂窩電話中的多媒體應(yīng)用。此外，該電源要求在音頻范圍（20Hz至20kHz）下具有低噪聲和高PSRR，以提供良好的音頻質(zhì)量。CDMA RF發(fā)射電流峰值約為600mA，但GSM發(fā)射突發(fā)電流峰值為1.7A。圖7顯示了當(dāng)RF功率放大器直接從電池供電時(shí)，GSM發(fā)射突發(fā)電流如何在電池上產(chǎn)生噪聲。由于電話中的所有LDO都使用電池電壓作為其輸入電源，因此這種紋波會(huì)影響穩(wěn)壓器的輸出質(zhì)量。例如，如果LDO在217Hz時(shí)的PSRR為40dB，則基于圖4，LDO輸出上的峰峰值噪聲為35.217mV，噪聲為7Hz。麥克風(fēng)的交流音頻電平約為 10mV 至 20mV，因此此噪聲可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的咔嗒聲。

圖7.GSM 發(fā)射突發(fā)波形。

審核編輯：郭婷