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正如圖1給出的典型 PMOS 或 PNP 開環(huán)增益曲線圖所示，在基于 PMOS 或 PNP 調(diào)整元件的LDO 調(diào)節(jié)器中有三個重要的極點。主要極點 P（DOM）在調(diào)節(jié)器的誤差放大器中設置。負載極點 P（LOAD）由輸出電容器和負載形成，因此隨負載電流的不同而有所差異。通路設備極點P（PASS）由通路元件的寄生電容形成。為了保證任何負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定，系統(tǒng)的開環(huán)增益在相位為 360° 時應在 0dB 之下（180° 的反饋信號加 180°誤差放大器的反相輸入）。換言之，系統(tǒng)必須具備充分的相位邊限，這就是說，相移量在增益為0dB時保持為 360°。由于每個極點會產(chǎn)生 90° 的相移和 20dB/10 倍頻（或 -1）的增益滾降，因此為了保證三極點高增益系統(tǒng)的穩(wěn)定，就需要進行補償。如果開環(huán)增益曲線在達到 0dB 之前以 20dB/10 倍頻的速度滾降（也就是說，像單極點系統(tǒng)一樣），那么我們就說調(diào)節(jié)器無論在何種條件下都是穩(wěn)定的（也就是說，有足夠的相位邊限）。最常見的補償方法是在系統(tǒng)中插入零來取消相移和一個極點的滾降。由于 LDO 已經(jīng)就正常運行要求了一個輸出電容器，因此使用輸出電容器的ESR通常就是最簡單也最廉價的生成零的方法。 圖 1、 典型PMOS或PNP LDO調(diào)節(jié)器的開環(huán)響應 挑戰(zhàn)在于如何選擇一個具有正確 ESR 量的電容器。ESR 必須足夠高，以降低 Z（ESR） 頻率，從而保證增益變化斜線在達到 0dB 時為 －20dB/10 倍頻，而不是 －40dB/10 倍頻（－2），但它也要足夠低，從而保證 Z（ESR）頻率足夠高，這樣增益才能在 P（PASS） 之前達到0dB以下。 在 TI 的大多數(shù)調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)表單中，都會指定最低電容器值，并給出輸出電容器（通常還有另一個電容器）的 ESR 和輸出電流。圖 2 顯示了 TPS76050 的典型曲線。 圖 2、典型的ESR－輸出電流 該設備的曲線就最低的 2.2-μF 輸出電容器要求 ESR 必須在 0.1Ω 和 20Ω 之間。電容器的 ESR 一般不超過 2Ω，因此這里 ESR 的上限通�？珊雎�。下限實際上設置了 Z（ESR） 的最大值。就圖2給出的 2.2-μF 電容器而言，Z（ESR） 的最大值如下： Z（ESR）= 1/（2 × π × R（ESR）× CO）= 72.3 kHz 因此，任何大于 0.1 × 2.2 x 10-6 = 2.2 x 10-7（但小于 20 × 2.2 x 10-6= 4.4 x 10-5）的電容和 ESR 產(chǎn)品，只要其電容大于所要求最小值，就都是穩(wěn)定的。圖3給出的曲線反映了這一點。使用更大電容器的 LDO 調(diào)節(jié)器與較小的 ESR 在一起就是穩(wěn)定的。事實上，更大的電容和/或較小的 ESR 值能夠改善輸出瞬時反應。 圖 3、輸出電容－ESR 示例 圖4 顯示了電容器阻抗曲線的一般形狀。電容器開始具有電容性（XC），隨后在其諧振點附近帶有電阻性（ESR），最后在高頻率時帶有電感應性（XL）。曲線（Z）的阻抗是上述每個成分的結(jié)合。 圖 4、電容器阻抗曲線的一般形狀 電容器通常都以特定頻率上的最大 ESR 確定。該頻率通常在 10 kHz 和 100 kHz 之間，且位于諧振點附近。為了保證電容器的最小 ESR 不低于最低 ESR 要求，設計人員應當向制造商處請求獲得整個有關(guān)溫度范圍內(nèi)的 ESR－頻率曲線。某些制造商可能提供此信息。如果阻抗曲線可用的話，那么曲線停止下降而保持水平的區(qū)域就是電容器的 ESR 決定電容的地方。 我們也可以將小型的低 ESR 的電阻器與陶瓷電容器串聯(lián)在一起。該電阻器必須能夠適應溫度要求，能在穩(wěn)定曲線許可范圍內(nèi)保持其值。 進行負載瞬變測試并觀察輸出的振蕩量是確定所選電容是否穩(wěn)定的最佳途徑。圖 5 顯示了以MOSFET 開關(guān)和函數(shù)生成器進行負載瞬變測試的測試設置。該設置適用于大多數(shù)電子負載，因為模擬的瞬變要快得多。 圖 5、負載瞬變設置 圖 6 顯示了以帶有2.2-μF 陶瓷（低 ESR）電容器的 TPS76050 設備所得出的測量結(jié)果。圖 7則顯示了以帶有2.2-μF 陶瓷電容器和 1Ω 串聯(lián)電阻器的 TPS76050 設備所得出的測量結(jié)果。圖6 中的結(jié)果顯示了初始尖峰脈沖后的多次擺動和振蕩，而圖7中的結(jié)果則顯示了穩(wěn)定的負載瞬變。通常說來，四次或更少的振蕩則反映出已具備足夠的相位容限，設備能夠保持穩(wěn)定。 圖 6、帶有2.2-μF陶瓷電容器的TPS76050 的負載瞬變 圖 7、帶有2.2-μF陶瓷電容器和1Ω ESR 的TPS76050 的負載瞬變 |
