針對行動裝置選擇合宜之LDO線性穩壓器元件
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智慧型行動電話、多媒體播放器、平板電腦等產品，紛紛朝向更輕、更薄、更小的設計方向發展，但手持裝置的功能越來越豐富，也相對造成電源電路設計愈趨複雜化，其中線性穩壓器LDO的應用角色就顯得更加重要...
LDO(Low Dropout Regulator)線性穩壓器，可用來控制電路中特定模組區塊、功能區塊，以穩定、定額的電壓供給，避免外部電源狀態改變造成電子元器件因過壓產生故障問題。
在一般電路設計中，像是控制輸出電壓的應用環境，大多會採用如78xx系列的晶片產品調整供應電壓，但實際上78xx系列晶片產品的使用條件不佳，因為這類產品要求外部電壓需要高出輸出電壓至少2~3伏特以上才能正常運作，若是輸入？輸出之間沒有足夠的壓差，就會造成元件無法正常運行。
DC-DC電源轉換元件 需針對設計需求進行挑選
以上述的條件看來，這種使用模式並不容易達成，因為在數位電路中的電壓配置，主線路多數為採取5伏特，若線路因區塊功能要求，需要DC-DC轉換成3.3伏特，因為輸入與輸出壓差過小，採取78xx系列晶片的應用方案在該設計中就會產生問題。
對於開發人員來說，傳統DC-DC元件限制，造成線路設計上的困難，而且舊有元件本身的靜態電流往往也無法滿足新設計所要求的低功耗、高電池續航力之設計要求，面對行動設計方案在功耗的極致追求與更小的載板空間設計限制，選用DC-DC轉換方案必須採取不同的用料選擇。
尤其是為了達到設備低功耗的設計目的，多數行動裝置會針對不同使用情境，設計兩至三種工作模式。例如，待機模式下採取系統待命，以低功耗運行，同時關閉高耗能之顯示屏與相關驅動電路；而一般使用情境為SoC在50%或75%效能狀態下運行，搭配部分高耗能模塊動態電壓調整運行效能；僅有在高效能模式才以SoC全速運行，同時為了強化系統反應達最佳效能，電力供應會是維持系統高效運作下的最大輸出值。
針對不同運行模式設計電源組態 讓設備功耗表現更佳
因此，行動裝置在不同功耗設定下因應多種運行模式，搭配靈活的電力區域調配設計，可讓設計裝置在最佳化的電源管理型態下運作，自然可以達到最佳化的電源使用效率，有效延長行動裝置的電源供應時間。
但為了達到多重工作目的的電源供應組態調校，對於電力系統設計來說，可以令系統供電狀態達到極大的電流差異。例如，在系統休眠狀態下可能僅需數微安培就能維持系統運行所需電力，但在全速運行狀態下電源系統採全力輸出時，系統耗用電流可以達到數十至數百毫安培，DC-DC元件必須自數微安培至數百毫安培均可因應調整，同時在元件本身的靜態電流亦必須儘可能減低，以維持最佳耗能設計。
採行LDO低壓線性穩壓器，是目前電子電路設計常見的電源系統模組設計，而且LDO低壓線性穩壓器的應用方案選擇，與LDO低壓線性穩壓器本身應用方案的彈性，都會直接影響設計系統本身的設備功耗表現！LDO低壓線性穩壓器必須確保有良好的動態調整效能，同時又必須維持極低的靜態電流、維持系統低功耗表現，還要確保可穩定、極低噪訊前提下供應轉換電源，同時還需針對高敏感整合電路提供穩定、安全的電源供應。
LDO規格要求高 從元件規格與開發需求篩選
而系統開發者對於LDO的要求往往是互相矛盾的，像是要維持低功耗同時需要LDO維持高輸出狀態，這也對於LDO元件的設計難度相對提高，而想找到合用的LDO元件困難度也高，實際設計方案也應該因應所選用的LDO元件進行適度變更設計，讓LDO效益能有效發揮。
針對低功耗產品設計方案選擇LDO，一般選用料件會先自產品所需的電壓輸入？輸出與電流規格、IQ(或稱IGND，靜態電流規格)進行料件搜尋，但LDO視設計差異，通常一般規格可以說是極為相似，但在動態性能的表現差異就會差距相當多！這也造成相關料件選用時的困擾。
實際上，選擇LDO元件除了輸入電壓範圍、預期輸出電壓準位、負載電流範圍與LDO本身的封裝型態、功耗等資訊外，針對電力供應敏感型設計的行動裝置而言，靜態電流數據、PSRR(Power Supply Rejection Ratio)電源抑制比、噪訊處理狀態與封裝尺寸等，都是決定用料的關鍵。
不同電力供應來源 也會間接影響LDO效能表現
對於輸入電壓範圍，多數LDO元件已可因應不同化學材料的電池供電系統規格(如電壓、電流等)，像是鋰聚合物電池、鋰離子電池約在2.7~4.2V(額定電壓為3.6V)，鎳鎘(NiCd)/鎳氫(NiMH)電池約在0.9~1.5V(額定電壓為1.2V)、AA/AAA電池電力在0.9~1.5V(額定電壓1.5V)等，大多已能直接支援，這部份反而需要煩惱的問題極少。
但是在輸入？輸出與降低電壓方面，LDO的規格要求考量會較複雜一些，而確定LDO是否能適用所需的設計方案，主要可以看其可預期的輸出電壓規格，這需考量到壓降問題，基本上輸入電壓必須高於輸出電壓，其公式可寫成Vin>Vout+Vdropout，若在設計方案中Vin電壓過低，這會令LDO出現壓降問題，而壓降的突然變化也會使得PSRR在壓降現象產生時同步顯得比表現低落。
LDO的封裝形式與功耗表現
LDO另一個影響較大的設計關鍵，在於LDO本身的封裝型態與元件功耗表現。尤其是行動類型的設計方案，因行動攜帶需求，不只是載板空間大幅縮減，電子元器件也必須大幅整合或縮小料件佔位面積，而LDO採晶片級封裝而大幅縮小產品體積，也是相當常見的重點用料方案。
電源器件常用SOT-23(Small Outline Transistor)或SC-70封裝方式，使用晶片等級封裝可用更小的體積完成元件設計，現在LDO熱門封裝設計為3 x 3mm的SOT-23，或是小型化的2.13 x 2.3mm SC-70封裝，甚至有封裝高度低於1mm的設計方案，另還有ThinSOT與無引腳型態的QFN(Quad-Flat No-leads)封裝，相較SOT其實QFN可在器件與載板之間處理高效散熱之接觸型散熱墊，這可讓電源器件的散熱效率變高，而功耗方面，一般封裝越小、功耗越低，可在實際選料時進行評估。
另靜態電流IQ也是評估LDO常見的關鍵數值，基本上IQ的影響會視採行的電力系統而有略微差異，因為電池在不同化學材料的特性表現，也會影響其放電曲線，而對於二次電池來說，某些狀況的電壓下降會讓電池壽命產生影響，而鹼性電池供電的終端設備因為其放電速度慢，並非IQ越低電池續航力即相對較長，必須在Vin來源不同與IQ參數一同考量評估。
LDO導入電源設計 選用外部電容也是重點
在LDO導入設計時，大多典型的應用都需要增加輸入與輸出端的電容器來搭配使用。一般設計方案中會選擇較低ESR(Equivalent Series Resistance)等效串連電阻的電容，來進行電路設計，以低ESR的電容來改善LDO的PSRR表現。基本上所謂低ESR值的定義，因為理想電容器應為0電阻，但實際上電容器的相關材料仍存在一定程度的電阻值、與電容絕緣體的阻抗表現，使得電容器元器件像是有個等效電阻串接，ESR即為此等效電阻值的參考數據。
避免串接LDO的電容因為本身壓降造成輸出電壓變化過大，一般都是選用低ESR值電容進行電路設計，這也可讓電源噪訊降低、並提高瞬態性能。在實際使用時會搭配陶瓷電容較佳，因為陶瓷電容單價相對較低，且元件故障為電容呈現斷路。
反觀高單價的鉭質電容器因為故障狀態為短路，就較不適合使用。在性能表現方面，陶瓷電容較不會受環境溫度影響，即便有影響，也是極微小的變化；但鉭質電容就不同，鉭質電容的ESR值會隨溫度產生較大變化，直接影響LDO運作效能。對於溫度變化不大的設計方案來說，選擇鉭質電容較佳；但對於溫度變化較大的設計方案來說，選用陶瓷電容搭配LDO較佳。
