CMOS LDO 조정기 설계 가이드: 1.0μA 대기 전류와 빠른 과도 응답 및 역전류 보호 결합

2026/10/26

선택 CMOS LDO 레귤레이터 배터리 구동식 무선 센서, 휴대용 의료 기기 및 스마트 유틸리티 계량기의 경우 역사적으로 상반되는 두 가지 전기 측정 기준, 즉 대기 중 초저 대기 전류(IQ)와 고전류 무선 전송 버스트 중 빠른 과도 응답의 균형을 유지해야 합니다. 작동 수명의 99% 이상을 깊은 절전 모드로 보내는 듀티 사이클 사물 인터넷(IoT) 노드에서는 연속 LDO 접지 전류의 모든 마이크로암페어가 다년간의 배터리 런타임을 직접적으로 약화시킵니다.

이러한 타협을 없애기 위해, ETEK 마이크로일렉트로닉스 개발한 ET63AXX 시리즈, 동적 대기 전류 제어, 통합 역전류 보호 및 70dB PSRR(전원 공급 거부율)을 갖춘 300mA 초저 대기 전류 CMOS LDO 조정기입니다.

이 기사에서는 다음 내용을 학습합니다.

CMOS LDO 조정기란 무엇이며 듀티 사이클 무선 부하가 기존 설계에 도전하는 이유
ET63AXX가 부하 과도 속도를 희생하지 않고 1.0μA 대기 전류를 달성하는 방법
통합된 20mV 역전류 보호로 외부 차단 다이오드를 제거하는 방법
안정적인 1μF 세라믹 커패시터 작동을 위한 패키지 열 제한 및 PCB 레이아웃 규칙

CMOS LDO 레귤레이터란 무엇입니까?

CMOS 저드롭아웃(LDO) 선형 레귤레이터는 전압 제어 PMOS 통과 트랜지스터와 CMOS 오류 증폭기를 사용하여 약간 더 높은 입력 공급 장치에서 깨끗하고 조정된 DC 출력 전압을 제공합니다. 기본 구동 전류가 부하 전류에 따라 증가하는 레거시 바이폴라 조정기와 달리 CMOS LDO 조정기는 입력과 출력 사이의 매우 작은 전압 차(드롭아웃 전압)로 작동하면서 대기 상태 전반에 걸쳐 마이크로암페어 수준의 접지 전류를 유지합니다.

저전력 IoT 전압 조정의 세 가지 과제

1. 정지 전류와 과도 응답의 절충

고정 바이어스 1μA LDO는 내부 PMOS 패스 FET의 게이트 커패시턴스를 충전 및 방전하는 데 사용할 수 있는 전류가 매우 제한되어 있습니다. Bluetooth 저에너지(BLE), Zigbee 또는 Sub-GHz 트랜시버가 활성화되어 마이크로암페어에서 수백 밀리암페어로 빠른 전류 단계를 끌어당기면 패스 FET가 완전히 열리기 전에 느린 제어 루프를 통해 VOUT이 MCU 브라운아웃 임계값 아래로 떨어질 수 있습니다.

2. 역체-다이오드 전도

표준 PMOS 패스 트랜지스터에는 VOUT에서 VIN 방향의 고유 기생 바디 다이오드가 포함되어 있습니다. 입력 전원이 붕괴되거나 연결이 끊기거나 출력 벌크 커패시터 또는 백업 셀에 유지되는 전압 아래로 떨어지면 전류가 출력에서 입력으로 역류하여 백업 에너지가 소모되고 잠재적으로 레귤레이터가 손상될 수 있습니다.

3. 포스트 DC/DC 스위칭 리플

RF 합성기 또는 정밀 아날로그 센서에 전력을 공급하기 위해 벅 또는 벅-부스트 컨버터 이후에 LDO를 포스트 레귤레이터로 사용하는 경우 전원 공급 장치 거부율이 낮으면 스위칭 잡음이 민감한 부하에 직접 결합될 수 있습니다.

ET63AXX CMOS LDO 레귤레이터가 문제를 해결하는 방법

그만큼 ET63AXX 고급 CMOS 프로세스를 기반으로 제조되었으며 다음과 같은 입력 전압 범위에서 작동합니다. 1.7~5.5V, 최대 게재 시간: 300mA 8가지 고정 출력 전압 옵션에 걸친 연속 출력 전류: 1.2V, 1.5V, 1.6V, 1.8V, 2.5V, 2.8V, 3.0V 및 3.3V ~와 함께 ±1.5% 출력 전압 정확도 (IOUT = 1mA, TA = 25°C).

무선 부하 단계에 대한 동적 대기 전류 조정

ET63AXX는 정적 내부 바이어스 전류에 의존하는 대신 동적 대기 전류 회로. 무부하 또는 마이크로암페어 절전 조건에서 레귤레이터는 단지 1.0μA (TA = 25°C에서 최대 1.5μA), 다음으로 떨어집니다. 0.01μA(통상) (최대 0.1μA) EN 핀을 통해 비활성화된 경우.

무선 통신 모듈에서 패킷을 전송하는 동안과 같이 부하 전류가 급격히 증가할 때 동적 바이어스 회로는 내부 루프 대역폭과 게이트 구동 기능을 순간적으로 향상시킵니다. 이는 엄격한 부하 조절을 유지합니다(일반 10mV / 최대 30mV 1mA ≤ IOUT ≤ 300mA의 경우) 대기 배터리 수명에 불이익을 주지 않고 과도 오버슈트 및 언더슈트를 최소화합니다.

진정한 역전류 보호(VOUT − VIN > 20mV)

외부 쇼트키 차단 다이오드와 순방향 전압 강하를 제거하기 위해 ET63AXX는 활성 다이오드를 통합합니다. 역전류 보호 OUT 핀과 IN 핀 사이의 차동 전압을 모니터링하는 비교기입니다.

VOUT이 VIN을 100% 이상 초과할 때마다 20mV(일반), 보호 블록은 내부 PFET 패스 장치의 게이트와 기판 벌크를 모두 VOUT으로 전환하고 패스 트랜지스터를 완전히 끕니다. 에서 확인된 바와 같이 ET63AXX 데이터시트, VIN = 1.7V 및 VOUT = 5.5V의 심각한 역바이어스 조건에서도 역방향 누설 전류(IRCB)는 0.4μA(일반). 이로 인해 ET63AXX는 이중 공급 OR-ing 토폴로지, USB + 배터리 레일 및 슈퍼커패시터 지원 계량 회로에 매우 적합합니다.

낮은 드롭아웃 전압 및 입력 추종 동작

저드롭아웃 전압(VDROP)은 방전이 끝날 때까지 셀 전압이 감소할 때 조정기가 조정을 유지할 수 있도록 하여 사용 가능한 배터리 용량을 확장합니다. 가득 차서 300mA 부하(TA = 25°C)에서 ET63AXX는 다음을 달성합니다.

VOUT = 3.3V: 210mV(일반) / 400mV(최대)
VOUT = 1.8V: 410mV(일반) / 600mV(최대)

입력 전압이 공칭 조정 출력 레벨 아래로 떨어지면 ET63AXX는 작동 안정성을 유지하고 출력은 완전히 향상된 PMOS 채널의 저항 강하를 뺀 입력 전압을 원활하게 추적합니다.

70dB PSRR, 능동 출력 방전 및 전체 보호

1.0μA 대기 전류 예산에도 불구하고 ET63AXX는 다음과 같은 전원 공급 제거율을 달성합니다. 1kHz에서 70dB(일반) (VIN = 2.8V, VOUT = 1.8V, COUT = 4.7μF, IOUT = 20mA) 및 통합 출력 잡음 전압(eN)은 다음과 같습니다. 120μVRMS(일반) 10Hz ~ 100kHz 대역폭에 걸쳐. 라인 규제는 0.04%/V(통상) (최대 0.2%/V).

EN 핀(ET63AXXYB 및 ET63AXX 변형)이 로직 로우 기준점(VENL ≤ 0.4V) 아래로 내려가면 일반 저항(RLOW)이 다음과 같은 내부 N 채널 방전 스위치가 생성됩니다. 110Ω OUT을 GND에 연결하여 출력 레일의 잔류 전압을 빠르게 방전합니다. 내장된 보호 기능에는 다음이 포함됩니다. 550mA(일반) 전류 제한, 100mA(일반) 폴드백 단락 전류, 150°C 열 차단 (25°C 히스테리시스 포함) 및 ±2000V HBM / ±1500V CDM ESD 보호 가로질러 -40°C ~ +85°C.

ET63AXX 주요 사양

매개변수	테스트 조건	ET63AXX 시리즈(일반)	엔지니어링 장점
입력 전압 범위(VIN)	연속운전	1.7~5.5V	심방전된 단일 셀 리튬 이온 및 2× 알카라인 셀 지원
고정 출력 전압(VOUT)	공장에서 손질됨	1.2V, 1.5V, 1.6V, 1.8V, 2.5V, 2.8V, 3.0V, 3.3V	코어, I/O 및 RF 레일과 직접 일치
출력 전압 정확도	IOUT = 1mA, TA = 25°C	±1.5%	저전압 SoC 코어를 위한 더 엄격한 마진
최대 출력 전류(IOUT)	마디 없는	300mA	BLE/Sub-GHz TX 버스트를 위한 충분한 헤드룸
대기 전류(IQ_ON)	VEN = VIN, 무부하	1.0μA(최대 1.5μA)	동적 IQ 스케일링으로 일시적인 응답 유지
차단 전류(IQ_OFF)	VEN = 0V, 무부하	0.01μA(최대 0.1μA)	거의 제로에 가까운 쉘프 모드 배터리 소모
드롭아웃 전압(VDROP)	IOUT = 300mA, VOUT = 3.3V	210mV(최대 400mV)	배터리 차단 시간 연장
전원 공급 거부(PSRR)	f = 1kHz, IOUT = 20mA	70dB	업스트림 DC-DC 리플의 탁월한 필터링
역전류 누설(IRCB)	VIN = 1.7V, VOUT = 5.5V	0.4μA(VOUT − VIN > 20mV에서 트리거)	외부 차단 쇼트키 다이오드 제거
능동 출력 방전(RLOW)	VEN = 0V, VIN = 3.6V	110Ω	깨끗한 레일 재설정 및 전원 시퀀싱

패키지 옵션 및 내열성

초소형 웨어러블과 표준 산업용 PCB를 모두 수용하기 위해 ET63AXX 시리즈 무연, 무할로겐, RoHS 준수 패키지 3개로 제공됩니다(XX는 12 = 1.2V, 18 = 1.8V, 33 = 3.3V와 같은 고정 출력 전압 코드를 나타냄).

부품 번호	패키지 유형	본체 치수	핀 구성	열 저항(RθJA)	최대 전력 손실(TA = 25°C)
ET63AXXYB	DFN4	1.0mm×1.0mm	4핀(OUT, GND, EN, IN + 노출 패드)	250°C/W	400mW
ET63AXX	SOT23-5	1.6mm × 2.9mm	5핀(IN, GND, EN, NC, OUT)	166°C/W	600mW
ET63AXXS	SOT23-3	1.6mm × 2.9mm	3핀(GND, OUT, IN — 항상 활성화됨)	250°C/W	400mW

커패시터 선택 및 PCB 레이아웃 팁

ET63AXX는 컴팩트를 사용하여 전체 부하 범위에서 안정성을 유지하도록 내부적으로 보상됩니다. 1μF 세라믹 입력 및 출력 커패시터 (CIN = 1μF, COUT = 1μF):

MLCC DC-바이어스 감소에 대한 계정: 선택하다 X5R 또는 X7R Y5V 또는 Z5U 유형이 아닌 유전체 커패시터를 사용하여 유효 정전용량이 사이에 유지되도록 합니다. 0.47μF 및 4.7μF 사이에 등가 직렬 저항(ESR)이 있는 경우 5mΩ 및 100mΩ 극한의 전압과 온도에서.
IN 및 OUT의 루프 인덕턴스 최소화: CIN 및 COUT을 ET63AXX와 동일한 PCB 레이어에 배치하고 짧고 넓은 트레이스를 사용하여 IN, OUT 및 GND 핀에 직접 라우팅합니다.
노출된 열 패드(DFN4) 접지: 1mm × 1mm ET63AXXYB에서는 정격 250°C/W 열 저항을 달성하기 위해 열 비아를 사용하여 노출된 중앙 패드를 PCB 접지면에 직접 납땜합니다.
EN 핀을 명시적으로 구동: EN 핀의 로직 하이 임계값은 다음과 같습니다. VENH ≥ 0.9V (1.2V 및 1.8V GPIO와 호환) 및 로직 로우 임계값 벤엘 ≤ 0.4V. 상시 작동이 필요한 경우 EN을 IN에 직접 연결하거나 3핀 ET63AXXS(SOT23-3) 변형을 사용하십시오.

추가 초저전력 조정기 옵션에 대해서는 이전 기사를 참조하세요. ETEK의 1μA 초저 대기 전류 LDO 조정기.

자주 묻는 질문

VOUT이 VIN보다 높아지면 ET63AXX CMOS LDO 레귤레이터는 어떻게 되나요?

VOUT이 VIN을 100% 이상 초과하는 경우 20mV(일반)예를 들어, 출력 벌크 커패시터 또는 백업 배터리가 충전된 상태에서 입력 전원이 차단되면 통합 역전류 보호 비교기가 내부 PMOS 패스 트랜지스터를 끄고 벌크 연결을 VOUT으로 전환합니다. 이는 역방향 전류 흐름을 차단하고 역방향 누설(IRCB)을 다음과 같이 제한합니다. 0.4μA(통상) 외부 쇼트키 다이오드가 필요하지 않습니다.

ET63AXX는 어떻게 단 1.0μA 대기 전류로 빠른 부하 과도 응답을 유지합니까?

ET63AXX는 동적 대기 전류 조정 건축학. 부하가 없을 때 내부 바이어스 전류는 다음과 같이 유지됩니다. 1.0μA(통상) 배터리 에너지를 절약하기 위해. 레귤레이터가 빠른 부하 전류 단계를 감지하면 내부 바이어스 전류를 동적으로 증가시켜 오류 증폭기 회전 및 pass-FET 게이트 구동을 가속화하고 출력 전압 강하를 억제합니다.

1.2V 또는 1.8V 마이크로컨트롤러 GPIO가 EN 핀을 직접 제어할 수 있습니까?

예. 전체 1.7~5.5V 입력 전압 범위에서 EN 핀 로직 하이 임계값(VENH)은 다음과 같습니다. 최소 0.9V, 로직 로우 임계값(VENL)은 다음과 같습니다. 최대 0.4V, 그림만 0.02μA(일반) 입력 전류의. 표준 1.2V, 1.8V 및 3.3V CMOS GPIO는 레벨 이동 없이 EN을 직접 구동할 수 있습니다.

ET63AXX 안정성을 위해서는 어떤 커패시터 값이 필요합니까?

ET63AXX는 다음과 같이 안정적입니다. 1μF 세라믹 커패시터 입력(CIN)과 출력(COUT) 모두에서. X5R 또는 X7R 유전체 커패시터를 사용하여 DC 바이어스 감소 후 유효 정전 용량이 0.47μF ~ 4.7μF 사이에 ESR이 있음 5mΩ 및 100mΩ.

결론: 배터리 작동 시스템을 위한 안정적인 1.0μA 전력

무선 센서, 휴대용 기기, 배터리 지원 IoT 노드의 경우 ET63AXX CMOS LDO 레귤레이터 1.0μA 대기 전류, 300mA 출력 기능, 70dB PSRR 및 20mV 역전류 보호 기능을 1mm × 1mm DFN4만큼 작은 패키지에 결합합니다.

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