TRONG
Hướng dẫn thiết kế bộ điều chỉnh CMOS LDO: Kết hợp dòng điện tĩnh 1,0 µA với phản hồi nhất thời nhanh và bảo vệ dòng điện ngược
2026/10/26 
Chọn một Bộ điều chỉnh LDO CMOS Đối với các cảm biến không dây chạy bằng pin, dụng cụ y tế cầm tay và đồng hồ đo tiện ích thông minh đòi hỏi phải cân bằng hai chỉ số điện đối lập nhau về mặt lịch sử: dòng tĩnh cực thấp (IQ) trong khi ở chế độ chờ và phản hồi nhanh nhất thời trong các đợt truyền sóng vô tuyến dòng điện cao. Trong các nút Internet of Things (IoT) hoạt động theo chu kỳ dành hơn 99% thời gian hoạt động ở chế độ ngủ sâu, mỗi microampe của dòng điện nối đất LDO liên tục sẽ trực tiếp làm xói mòn thời gian chạy pin nhiều năm.
Để loại bỏ sự thỏa hiệp này, Vi điện tử ETEK đã phát triển Dòng ET63AXX, bộ điều chỉnh CMOS LDO dòng tĩnh cực thấp 300 mA có tính năng điều khiển dòng tĩnh động, bảo vệ dòng ngược tích hợp và tỷ lệ loại bỏ nguồn điện 70 dB (PSRR).
Trong bài viết này bạn sẽ học:
- Bộ điều chỉnh CMOS LDO là gì và tại sao tải không dây theo chu kỳ nhiệm vụ lại thách thức các thiết kế thông thường
- Làm thế nào ET63AXX đạt được dòng tĩnh 1,0 µA mà không làm giảm tốc độ truyền tải
- Cách tích hợp bảo vệ dòng ngược 20 mV giúp loại bỏ các điốt chặn bên ngoài
- Gói giới hạn nhiệt và quy tắc bố trí PCB để hoạt động ổn định của tụ gốm 1 µF
Bộ điều chỉnh LDO CMOS là gì?
Bộ điều chỉnh tuyến tính có độ sụt thấp CMOS (LDO) sử dụng bóng bán dẫn chuyển PMOS được điều khiển bằng điện áp và bộ khuếch đại lỗi CMOS để cung cấp điện áp đầu ra DC sạch, được điều chỉnh từ nguồn cung cấp đầu vào cao hơn một chút. Không giống như các bộ điều chỉnh lưỡng cực truyền thống có dòng điện điều khiển cơ sở tăng theo dòng tải, bộ điều chỉnh CMOS LDO duy trì dòng điện nối đất ở mức microampe trên các trạng thái chờ trong khi hoạt động với chênh lệch điện áp rất nhỏ (điện áp rơi) giữa đầu vào và đầu ra.
Ba thách thức trong việc điều chỉnh điện áp IoT công suất thấp
1. Sự đánh đổi giữa dòng điện tĩnh và phản ứng nhất thời
Độ phân cực cố định 1 µA LDO có dòng điện rất hạn chế để sạc và xả điện dung cổng của PMOS pass FET bên trong của nó. Khi bộ thu phát Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee hoặc Sub-GHz thức dậy và kéo một bước dòng điện nhanh từ microamper đến hàng trăm miliampe, vòng điều khiển chậm cho phép VOUT giảm xuống dưới ngưỡng mất điện của MCU trước khi FET vượt qua có thể mở hoàn toàn.
2. Dẫn ngược cơ thể-Diode
Các bóng bán dẫn thông qua PMOS tiêu chuẩn chứa một diode cơ thể ký sinh nội tại được định hướng từ VOUT đến VIN. Nếu nguồn cung cấp đầu vào bị hỏng, ngắt kết nối hoặc giảm xuống dưới mức điện áp được giữ trên các tụ điện lớn đầu ra hoặc pin dự phòng, dòng điện sẽ chạy ngược từ đầu ra sang đầu vào—làm cạn kiệt năng lượng dự phòng và có khả năng làm hỏng bộ điều chỉnh.
3. Ripple chuyển mạch sau DC/DC
Khi LDO được sử dụng làm bộ điều chỉnh sau sau bộ chuyển đổi tăng cường hoặc tăng cường để cấp nguồn cho bộ tổng hợp RF hoặc cảm biến tương tự chính xác, khả năng loại bỏ nguồn điện kém sẽ cho phép chuyển nhiễu để ghép trực tiếp vào tải nhạy cảm.
Bộ điều chỉnh LDO CMOS ET63AXX giải quyết chúng như thế nào
các ET63AXX được sản xuất dựa trên quy trình CMOS tiên tiến và hoạt động trên dải điện áp đầu vào từ 1.7V đến 5.5V, giao hàng tới 300 mA dòng điện đầu ra liên tục qua tám tùy chọn điện áp đầu ra cố định: 1.2V, 1.5V, 1.6V, 1.8V, 2.5V, 2.8V, 3.0V và 3.3V với Độ chính xác điện áp đầu ra ± 1,5% (IOUT = 1 mA, TA = 25°C).
Điều chỉnh dòng tĩnh động cho các bước tải không dây
Thay vì dựa vào dòng điện phân cực tĩnh bên trong, ET63AXX kết hợp một mạch dòng tĩnh động. Trong điều kiện không tải hoặc chế độ ngủ microampe, bộ điều chỉnh tiêu thụ dòng tĩnh thông thường (IQ_ON) chỉ bằng 1,0 µA (Tối đa 1,5 µA ở TA = 25°C) và giảm xuống 0,01 µA điển hình (tối đa 0,1 µA) khi bị tắt thông qua chân EN.
Khi dòng tải tăng nhanh—chẳng hạn như trong quá trình truyền gói trong các mô-đun truyền thông không dây—mạch phân cực động sẽ tăng cường băng thông vòng lặp bên trong và khả năng truyền động cổng trong giây lát. Điều này duy trì quy định tải chặt chẽ (10 mV điển hình / tối đa 30 mV trong 1 mA ≤ IOUT ≤ 300 mA) và giảm thiểu độ vọt lố và độ chập dưới nhất thời mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ pin ở chế độ chờ.
Bảo vệ dòng ngược thực sự (VOUT − VIN > 20 mV)
Để loại bỏ các điốt chặn Schottky bên ngoài và hiện tượng sụt áp chuyển tiếp của chúng, ET63AXX tích hợp một bộ điều khiển hoạt động Bảo vệ dòng điện ngược bộ so sánh theo dõi điện áp chênh lệch giữa các chân OUT và IN.
Bất cứ khi nào VOUT vượt quá VIN nhiều hơn 20 mV (điển hình), khối bảo vệ sẽ chuyển cả cổng và phần đế của thiết bị truyền PFET bên trong sang VOUT và tắt hoàn toàn bóng bán dẫn truyền. Như đã xác minh ở Bảng dữ liệu ET63AXX, ngay cả trong điều kiện phân cực ngược nghiêm trọng trong đó VIN = 1,7V và VOUT = 5,5V, dòng rò ngược (IRCB) bị giới hạn ở mức chỉ 0,4 µA (điển hình). Điều này làm cho ET63AXX rất phù hợp với cấu trúc liên kết OR nguồn điện kép, đường ray USB cộng với pin và mạch đo sáng được hỗ trợ bằng siêu tụ điện.
Điện áp rơi thấp và hành vi theo đầu vào
Điện áp rơi thấp (VDROP) giúp mở rộng dung lượng pin có thể sử dụng bằng cách cho phép bộ điều chỉnh duy trì quy định khi điện áp pin giảm dần về cuối quá trình phóng điện. đầy đủ 300 mA tải (TA = 25°C), ET63AXX đạt được:
- VOUT = 3,3V: 210 mV (điển hình) / 400 mV (tối đa)
- VOUT = 1.8V: 410 mV (điển hình) / 600 mV (tối đa)
Nếu điện áp đầu vào giảm xuống dưới mức đầu ra quy định danh nghĩa, ET63AXX vẫn hoạt động ổn định và đầu ra của nó sẽ theo dõi trơn tru điện áp đầu vào trừ đi độ sụt điện trở của kênh PMOS được tăng cường hoàn toàn.
70 dB PSRR, Xả đầu ra hoạt động và Bảo vệ toàn diện
Mặc dù có mức dòng điện tĩnh là 1,0 µA nhưng ET63AXX vẫn đạt được tỷ lệ loại bỏ nguồn điện là 70 dB (điển hình) ở 1 kHz (VIN = 2,8V, VOUT = 1,8V, COUT = 4,7 µF, IOUT = 20 mA) và điện áp nhiễu đầu ra tích hợp (eN) của 120 µVRMS (điển hình) trên băng thông 10 Hz đến 100 kHz. Quy định đường dây được tổ chức để 0,04 %/V (điển hình) (tối đa 0,2%/V).
Khi chân EN (các biến thể ET63AXXYB và ET63AXX) được kéo xuống dưới ngưỡng logic thấp (VENL ≤ 0,4V), công tắc phóng điện kênh N bên trong có điện trở điển hình (RLOW) là 110 Ω kết nối OUT với GND, xả nhanh điện áp dư trên đường ray đầu ra. Bảo vệ tích hợp bao gồm 550 mA (điển hình) giới hạn hiện tại, 100 mA (điển hình) dòng điện ngắn mạch gấp lại, Tắt nhiệt ở 150°C (với độ trễ 25°C), và Bảo vệ ESD ±2000V HBM / ±1500V CDM sang -40°C đến +85°C.
Thông số kỹ thuật chính của ET63AXX
| tham số | Điều kiện kiểm tra | Dòng ET63AXX (Điển hình) | Lợi thế kỹ thuật |
|---|---|---|---|
| Dải điện áp đầu vào (VIN) | Hoạt động liên tục | 1.7V đến 5.5V | Hỗ trợ tế bào Li-ion đơn & 2× kiềm được thải sâu |
| Điện áp đầu ra cố định (VOUT) | Nhà máy cắt tỉa | 1.2V, 1.5V, 1.6V, 1.8V, 2.5V, 2.8V, 3.0V, 3.3V | Phù hợp trực tiếp với các đường ray lõi, I/O và RF |
| Độ chính xác điện áp đầu ra | IOUT = 1 mA, TA = 25°C | ±1.5% | Biên độ chặt chẽ hơn cho lõi SoC điện áp thấp |
| Dòng điện đầu ra tối đa (IOUT) | liên tục | 300 mA | Khoảng trống đủ cho các đợt TX BLE/Sub-GHz |
| Dòng tĩnh (IQ_ON) | VEN = VIN, Không tải | 1,0 µA (tối đa 1,5 µA) | Thang đo IQ động duy trì phản ứng nhất thời |
| Tắt máy hiện tại (IQ_OFF) | VEN = 0V, Không tải | 0,01 µA (tối đa 0,1 µA) | Gần như không tiêu hao pin ở chế độ kệ |
| Điện áp rơi (VDROP) | IOUT = 300 mA, VOUT = 3,3V | 210 mV (400 mV max) | Mở rộng chân trời cắt pin |
| Từ chối cung cấp điện (PSRR) | f = 1 kHz, IOUT = 20 mA | 70dB | Lọc vượt trội gợn sóng DC-DC ngược dòng |
| Rò rỉ dòng điện ngược (IRCB) | VIN = 1.7V, VOUT = 5.5V | 0,4 µA (Kích hoạt ở VOUT − VIN > 20 mV) | Loại bỏ diode Schottky chặn bên ngoài |
| Xả đầu ra hoạt động (RLOW) | VEN = 0V, VIN = 3,6V | 110 Ω | Thiết lập lại đường ray sạch và sắp xếp nguồn điện |
Tùy chọn gói và khả năng chịu nhiệt
Để phù hợp với cả thiết bị đeo siêu nhỏ và PCB công nghiệp tiêu chuẩn, Dòng ET63AXX được cung cấp dưới dạng ba gói không chứa Pb, không chứa halogen, tuân thủ RoHS (XX biểu thị mã điện áp đầu ra cố định như 12 = 1,2V, 18 = 1,8V, 33 = 3,3V):
| Mã sản phẩm | Loại gói | Kích thước cơ thể | Cấu hình chân | Khả năng chịu nhiệt (RθJA) | Tản điện tối đa (TA = 25°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| ET63AXXYB | DFN4 | 1,0 mm × 1,0 mm | 4-Pin (OUT, GND, EN, IN + Tấm tiếp xúc) | 250°C/tây | 400 mW |
| ET63AXX | SOT23-5 | 1,6 mm × 2,9 mm | 5 chân (IN, GND, EN, NC, OUT) | 166°C/T | 600 mW |
| ET63AXXS | SOT23-3 | 1,6 mm × 2,9 mm | 3-Pin (GND, OUT, IN - Luôn bật) | 250°C/tây | 400 mW |
Mẹo lựa chọn tụ điện và bố trí PCB
ET63AXX được bù bên trong để duy trì ổn định trên toàn bộ phạm vi tải của nó bằng cách sử dụng thiết bị nhỏ gọn Tụ điện đầu vào và đầu ra bằng gốm 1 µF (CIN = 1 µF, COUT = 1 µF):
- Tài khoản giảm xếp hạng MLCC DC-Bias: Lựa chọn X5R hoặc X7R tụ điện điện môi thay vì loại Y5V hoặc Z5U để điện dung hiệu dụng duy trì trong khoảng 0,47 µF và 4,7 µF với điện trở nối tiếp tương đương (ESR) giữa 5 mΩ và 100 mΩ qua các cực trị điện áp và nhiệt độ.
- Giảm thiểu độ tự cảm của vòng lặp trên IN và OUT: Đặt CIN và COUT trên cùng một lớp PCB với ET63AXX và định tuyến chúng trực tiếp đến các chân IN, OUT và GND bằng các đường ngắn, rộng.
- Nối đất tấm tản nhiệt tiếp xúc (DFN4): Trên ET63AXXYB 1 mm × 1 mm, hàn miếng đệm trung tâm lộ ra trực tiếp vào mặt phẳng nền PCB bằng cách sử dụng via nhiệt để đạt được điện trở nhiệt định mức 250°C/W.
- Lái pin EN một cách rõ ràng: Chân EN có ngưỡng logic cao là VENH ≥ 0.9V (tương thích với GPIO 1,2V và 1,8V) và ngưỡng logic thấp của VEN ≤ 0,4V. Buộc EN trực tiếp vào IN nếu cần hoạt động luôn bật hoặc sử dụng biến thể ET63AXXS (SOT23-3) 3 chân.
Để biết thêm các tùy chọn bộ điều chỉnh công suất cực thấp, hãy xem bài viết trước đây của chúng tôi về Bộ điều chỉnh LDO dòng tĩnh cực thấp 1 µA của ETEK.
Câu hỏi thường gặp
Điều gì xảy ra với bộ điều chỉnh LDO ET63AXX CMOS nếu VOUT cao hơn VIN?
Nếu VOUT vượt quá VIN nhiều hơn 20 mV (điển hình)—ví dụ: khi nguồn đầu vào bị ngắt kết nối trong khi tụ điện số lượng lớn đầu ra hoặc pin dự phòng vẫn được sạc—bộ so sánh bảo vệ dòng ngược tích hợp sẽ tắt bóng bán dẫn thông qua PMOS bên trong và chuyển kết nối số lượng lớn của nó sang VOUT. Điều này chặn dòng điện ngược và hạn chế rò rỉ ngược (IRCB) ở mức chỉ 0,4 µA điển hình mà không cần một diode Schottky bên ngoài.
Làm cách nào để ET63AXX duy trì phản hồi tải nhanh nhất thời chỉ với dòng điện tĩnh 1,0 µA?
ET63AXX sử dụng một điều chỉnh dòng tĩnh động ngành kiến trúc. Khi không tải, dòng điện phân cực bên trong được giữ ở mức 1,0 µA điển hình để tiết kiệm năng lượng pin. Khi bộ điều chỉnh phát hiện bước dòng tải nhanh, nó sẽ tự động tăng dòng điện phân cực bên trong để tăng tốc độ xoay bộ khuếch đại lỗi và truyền động cổng pass-FET, ngăn chặn hiện tượng sụt giảm điện áp đầu ra.
GPIO vi điều khiển 1,2V hoặc 1,8V có thể điều khiển trực tiếp chân EN không?
Đúng. Trên toàn bộ dải điện áp đầu vào 1,7V đến 5,5V, ngưỡng logic cao của chân EN (VENH) là tối thiểu 0,9Vvà ngưỡng logic thấp (VENL) là tối đa 0,4V, chỉ vẽ 0,02 µA (điển hình) của dòng điện đầu vào. GPIO CMOS 1.2V, 1.8V và 3.3V tiêu chuẩn có thể điều khiển EN trực tiếp mà không cần chuyển mức.
Giá trị tụ điện nào cần thiết để đảm bảo độ ổn định của ET63AXX?
ET63AXX ổn định với Tụ gốm 1 µF trên cả đầu vào (CIN) và đầu ra (COUT). Sử dụng tụ điện X5R hoặc X7R để điện dung hiệu dụng sau khi giảm định mức DC nằm trong khoảng 0,47 µF đến 4,7 µF với ESR giữa 5 mΩ và 100 mΩ.
Kết luận: Nguồn điện 1,0 µA đáng tin cậy cho các hệ thống chạy bằng pin
Đối với các cảm biến không dây, thiết bị cầm tay và các nút IoT chạy bằng pin, Bộ điều chỉnh LDO CMOS ET63AXX kết hợp dòng tĩnh 1,0 µA, khả năng đầu ra 300 mA, PSRR 70 dB và bảo vệ dòng ngược 20 mV trong các gói nhỏ tới 1 mm × 1 mm DFN4.
👉 Khám phá Trang sản phẩm ET63AXX, tải xuống Bảng dữ liệu ET63AXXhoặc duyệt qua ETEK Dòng sản phẩm VIN LDO thấp
✉️ Yêu cầu mẫu: https://www.etekmicro.com/sample
