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Guide de conception du régulateur CMOS LDO : combinant un courant de repos de 1,0 µA avec une réponse transitoire rapide et une protection contre les courants inverses
2026/10/26 
Sélection d'un Régulateur CMOS LDO pour les capteurs sans fil alimentés par batterie, les instruments médicaux portables et les compteurs intelligents, il faut équilibrer deux mesures électriques historiquement opposées : un courant de repos (IQ) ultra faible en veille et une réponse transitoire rapide pendant les rafales de transmission radio à courant élevé. Dans les nœuds Internet des objets (IoT) à cycle de service qui passent plus de 99 % de leur durée de vie opérationnelle en sommeil profond, chaque microampère de courant de terre LDO continu érode directement l'autonomie de la batterie sur plusieurs années.
Pour éliminer ce compromis, ETEK Microélectronique développé le Série ET63AXX, un régulateur LDO CMOS à courant de repos ultra-faible de 300 mA doté d'un contrôle dynamique du courant de repos, d'une protection contre les courants inverses intégrée et d'un taux de réjection de l'alimentation (PSRR) de 70 dB.
Dans cet article, vous apprendrez :
- Qu'est-ce qu'un régulateur CMOS LDO et pourquoi les charges sans fil à cycle de service défient les conceptions conventionnelles
- Comment l'ET63AXX atteint un courant de repos de 1,0 µA sans sacrifier la vitesse transitoire de charge
- Comment la protection intégrée contre le courant inverse de 20 mV élimine les diodes de blocage externes
- Limites thermiques du boîtier et règles de disposition des circuits imprimés pour un fonctionnement stable du condensateur céramique de 1 µF
Qu'est-ce qu'un régulateur CMOS LDO ?
Un régulateur linéaire CMOS à faible chute (LDO) utilise un transistor passe-PMOS contrôlé en tension et un amplificateur d'erreur CMOS pour fournir une tension de sortie CC propre et régulée à partir d'une alimentation d'entrée légèrement supérieure. Contrairement aux régulateurs bipolaires traditionnels dont le courant de commande de base augmente avec le courant de charge, un régulateur CMOS LDO maintient un courant de terre de l'ordre du microampère dans les états de veille tout en fonctionnant avec un très petit différentiel de tension (tension de décrochage) entre l'entrée et la sortie.
Trois défis dans la régulation de la tension IoT basse consommation
1. Le compromis entre courant de repos et réponse transitoire
Un LDO de 1 µA à polarisation fixe a un courant très limité disponible pour charger et décharger la capacité de grille de son FET passe-PMOS interne. Lorsqu'un émetteur-récepteur Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee ou Sub-GHz se réveille et fait passer un courant rapide de microampères à des centaines de milliampères, une boucle de contrôle lente permet à VOUT de tomber en dessous du seuil de baisse de tension du MCU avant que le FET de passage puisse s'ouvrir complètement.
2. Conduction corps-diode inversée
Les transistors passe-PMOS standard contiennent une diode de corps parasite intrinsèque orientée de VOUT vers VIN. Si l'alimentation d'entrée s'effondre, se déconnecte ou tombe en dessous de la tension maintenue sur les condensateurs de sortie ou sur une cellule de secours, le courant reflue de la sortie à l'entrée, drainant l'énergie de secours et potentiellement endommageant le régulateur.
3. Ondulation de commutation post-DC/DC
Lorsqu'un LDO est utilisé comme post-régulateur après un convertisseur abaisseur ou abaisseur-boost pour alimenter des synthétiseurs RF ou des capteurs analogiques de précision, une mauvaise réjection de l'alimentation permet au bruit de commutation de se coupler directement à la charge sensible.
Comment le régulateur CMOS LDO ET63AXX les résout
Le ET63AXX est fabriqué sur la base d'un processus CMOS avancé et fonctionne sur une plage de tension d'entrée allant de 1,7 V à 5,5 V, livrant jusqu'à 300 mA courant de sortie continu sur huit options de tension de sortie fixe : 1,2 V, 1,5 V, 1,6 V, 1,8 V, 2,5 V, 2,8 V, 3,0 V et 3,3 V avec Précision de la tension de sortie ± 1,5 % (IOUT = 1 mA, TA = 25°C).
Ajustement dynamique du courant de repos pour les étapes de charge sans fil
Plutôt que de compter sur un courant de polarisation interne statique, l'ET63AXX intègre un circuit à courant de repos dynamique. Dans des conditions de veille à vide ou en microampères, le régulateur consomme un courant de repos typique (IQ_ON) de seulement 1,0 µA (1,5 µA maximum à TA = 25°C), et descend à 0,01 µA typique (0,1 µA maximum) lorsqu'il est désactivé via la broche EN.
Lorsque le courant de charge augmente rapidement, par exemple lors de la transmission de paquets dans des modules de communication sans fil, le circuit de polarisation dynamique augmente momentanément la bande passante de la boucle interne et la capacité de commande de porte. Cela maintient une régulation stricte de la charge (10 mV typique / 30 mV maximum pour 1 mA ≤ IOUT ≤ 300 mA) et minimise les dépassements transitoires et les dépassements inférieurs sans pénaliser la durée de vie de la batterie de secours.
Véritable protection contre le courant inverse (VOUT − VIN > 20 mV)
Pour éliminer les diodes de blocage Schottky externes et leur chute de tension directe, l'ET63AXX intègre un Protection contre le courant inverse comparateur qui surveille la tension différentielle entre les broches OUT et IN.
Chaque fois que VOUT dépasse VIN de plus de 20 mV (typique), le bloc de protection commute à la fois la grille et la masse du substrat du dispositif de passage PFET interne sur VOUT et désactive complètement le transistor de passage. Comme vérifié dans le ET63AXX Fiche technique, même dans des conditions de polarisation inverse sévères où VIN = 1,7 V et VOUT = 5,5 V, le courant de fuite inverse (IRCB) est limité à seulement 0,4 µA (typique). Cela rend l'ET63AXX bien adapté aux topologies OR à double alimentation, aux rails USB plus batterie et aux circuits de mesure soutenus par des supercondensateurs.
Faible tension de chute et comportement de suivi d'entrée
La faible tension de chute (VDROP) étend la capacité utilisable de la batterie en permettant au régulateur de maintenir la régulation à mesure que la tension des cellules diminue vers la fin de la décharge. Au complet 300 mA charge (TA = 25°C), l'ET63AXX réalise :
- VOUT = 3,3 V : 210 mV (typique) / 400 mV (maximum)
- VOUT = 1,8 V : 410 mV (typique) / 600 mV (maximum)
Si la tension d'entrée tombe en dessous du niveau de sortie nominal régulé, l'ET63AXX reste opérationnellement stable et sa sortie suit en douceur la tension d'entrée moins la chute résistive du canal PMOS entièrement amélioré.
PSRR 70 dB, décharge de sortie active et protection complète
Malgré son budget de courant de repos de 1,0 µA, l'ET63AXX atteint un taux de rejet d'alimentation de 70 dB (typique) à 1 kHz (VIN = 2,8 V, VOUT = 1,8 V, COUT = 4,7 µF, IOUT = 20 mA) et une tension de bruit de sortie intégrée (eN) de 120 µVRMS (typique) sur la bande passante de 10 Hz à 100 kHz. La régulation de ligne est tenue de 0,04 %/V (typique) (0,2%/V maximum).
Lorsque la broche EN (variantes ET63AXXYB et ET63AXX) est tirée en dessous du seuil logique bas (VENL ≤ 0,4 V), un commutateur de décharge interne à canal N avec une résistance typique (RLOW) de 110 Ω connecte OUT à GND, déchargeant rapidement la tension résiduelle sur le rail de sortie. La protection intégrée comprend 550 mA (typique) limite actuelle, 100 mA (typique) courant de court-circuit repliable, Arrêt thermique à 150°C (avec hystérésis de 25°C), et Protection ESD ±2 000 V HBM / ± 1 500 V CDM à travers -40°C à +85°C.
Spécifications clés ET63AXX
| Paramètre | Conditions d'essai | Série ET63AXX (typique) | Avantage d'ingénierie |
|---|---|---|---|
| Plage de tension d'entrée (VIN) | Fonctionnement continu | 1,7 V à 5,5 V | Prend en charge les cellules Li-ion monocellulaires profondément déchargées et 2 × piles alcalines |
| Tensions de sortie fixes (VOUT) | Garni en usine | 1,2 V, 1,5 V, 1,6 V, 1,8 V, 2,5 V, 2,8 V, 3,0 V, 3,3 V | Correspondance directe pour les rails principaux, E/S et RF |
| Précision de la tension de sortie | IOUT = 1 mA, TA = 25°C | ±1.5% | Marge plus étroite pour les cœurs SoC basse tension |
| Courant de sortie maximal (IOUT) | Continu | 300 mA | Marge suffisante pour les salves TX BLE/Sub-GHz |
| Courant de repos (IQ_ON) | VEN = VIN, sans charge | 1,0 µA (1,5 µA maximum) | La mise à l'échelle dynamique du QI préserve la réponse transitoire |
| Courant d'arrêt (IQ_OFF) | VEN = 0V, sans charge | 0,01 µA (0,1 µA maximum) | Décharge de batterie en mode étagère proche de zéro |
| Tension de chute (VDROP) | IOUT = 300 mA, VOUT = 3,3 V | 210 mV (400 mV maximum) | Prolonge l'horizon de coupure de la batterie |
| Rejet de l’alimentation (PSRR) | f = 1 kHz, IOUT = 20 mA | 70 dB | Filtrage supérieur de l'ondulation DC-DC en amont |
| Fuite de courant inverse (IRCB) | NIV = 1,7 V, VOUT = 5,5 V | 0,4 µA (déclencheurs à VOUT − VIN > 20 mV) | Élimine le blocage externe de la diode Schottky |
| Décharge de sortie active (RLOW) | VEN = 0 V, VIN = 3,6 V | 110 Ω | Réinitialisation propre des rails et séquençage de l'alimentation |
Options de forfait et résistance thermique
Pour accueillir à la fois des appareils portables ultra-miniatures et des PCB industriels standard, le Série ET63AXX est proposé en trois boîtiers sans plomb, sans halogène et conformes à la directive RoHS (XX désigne le code de tension de sortie fixe tel que 12 = 1,2 V, 18 = 1,8 V, 33 = 3,3 V) :
| Numéro de pièce | Type de colis | Dimensions du corps | Configuration des broches | Résistance thermique (RθJA) | Dissipation de puissance maximale (TA = 25°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| ET63AXXYB | DFN4 | 1,0 mm × 1,0 mm | 4 broches (OUT, GND, EN, IN + plot exposé) | 250°C/W | 400 mW |
| ET63AXX | SOT23-5 | 1,6 mm × 2,9 mm | 5 broches (IN, GND, EN, NC, OUT) | 166°C/O | 600 mW |
| ET63AXXS | SOT23-3 | 1,6 mm × 2,9 mm | 3 broches (GND, OUT, IN — toujours activé) | 250°C/W | 400 mW |
Conseils pour la sélection des condensateurs et la disposition des PCB
L'ET63AXX est compensé en interne pour rester stable sur toute sa plage de charge grâce à des Condensateurs d'entrée et de sortie en céramique de 1 µF (CIN = 1 µF, COUT = 1 µF) :
- Tenir compte du déclassement du biais CC MLCC : Sélectionner X5R ou X7R condensateurs diélectriques plutôt que les types Y5V ou Z5U afin que la capacité effective reste entre 0,47 µF et 4,7 µF avec une résistance série équivalente (ESR) entre 5 mΩ et 100 mΩ aux températures et tensions extrêmes.
- Minimisez l'inductance de boucle sur IN et OUT : Placez CIN et COUT sur la même couche PCB que l'ET63AXX et acheminez-les directement vers les broches IN, OUT et GND à l'aide de traces courtes et larges.
- Mettez à la terre le tampon thermique exposé (DFN4) : Sur l'ET63AXXYB 1 mm × 1 mm, soudez la plage centrale exposée directement au plan de masse du PCB à l'aide de vias thermiques pour atteindre la résistance thermique nominale de 250 °C/W.
- Pilotez la broche EN explicitement : La broche EN a un seuil logique haut de VENH ≥ 0,9V (compatible avec les GPIO 1,2 V et 1,8 V) et un seuil logique bas de VENL ≤ 0,4V. Reliez EN directement à IN si un fonctionnement permanent est nécessaire, ou utilisez la variante ET63AXXS (SOT23-3) à 3 broches.
Pour des options supplémentaires de régulateurs à très faible consommation, consultez notre article précédent sur Régulateurs LDO à courant de repos ultra-faible de 1 µA d'ETEK.
Foire aux questions
Qu'arrive-t-il au régulateur CMOS LDO ET63AXX si VOUT devient supérieur à VIN ?
Si VOUT dépasse VIN de plus de 20 mV (typique)Par exemple, lorsque l'alimentation d'entrée est déconnectée alors qu'un condensateur de sortie ou une batterie de secours reste chargé, le comparateur de protection contre les courants inverses intégré désactive le transistor de passage PMOS interne et commute sa connexion de masse sur VOUT. Cela bloque le flux de courant inverse et limite les fuites inverses (IRCB) à seulement 0,4 µA typique sans nécessiter de diode Schottky externe.
Comment l'ET63AXX maintient-il une réponse rapide aux transitoires de charge avec seulement 1,0 µA de courant de repos ?
L'ET63AXX utilise un réglage dynamique du courant de repos architecture. À vide, le courant de polarisation interne est maintenu à 1,0 µA typique pour économiser l'énergie de la batterie. Lorsque le régulateur détecte une étape rapide du courant de charge, il augmente dynamiquement le courant de polarisation interne pour accélérer l'orientation de l'amplificateur d'erreur et la commande de grille passe-FET, supprimant ainsi la chute de tension de sortie.
Un microcontrôleur GPIO de 1,2 V ou 1,8 V peut-il contrôler directement la broche EN ?
Oui. Sur toute la plage de tension d'entrée de 1,7 V à 5,5 V, le seuil haut logique de la broche EN (VENH) est 0,9 V minimum, et le seuil logique bas (VENL) est 0,4 V maximum, dessin uniquement 0,02 µA (typique) du courant d'entrée. Les GPIO CMOS standard de 1,2 V, 1,8 V et 3,3 V peuvent piloter EN directement sans changement de niveau.
Quelles valeurs de condensateur sont requises pour la stabilité de l'ET63AXX ?
L'ET63AXX est stable avec Condensateurs céramiques 1 µF sur l'entrée (CIN) et la sortie (COUT). Utilisez des condensateurs diélectriques X5R ou X7R afin que la capacité effective après déclassement de la polarisation CC reste dans les limites 0,47 µF à 4,7 µF avec une ESR entre 5 mΩ et 100 mΩ.
Conclusion : alimentation fiable de 1,0 µA pour les systèmes fonctionnant sur batterie
Pour les capteurs sans fil, les instruments portables et les nœuds IoT alimentés par batterie, le Régulateur CMOS LDO ET63AXX combine un courant de repos de 1,0 µA, une capacité de sortie de 300 mA, un PSRR de 70 dB et une protection contre le courant inverse de 20 mV dans des boîtiers aussi petits que 1 mm × 1 mm DFN4.
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