ADP7104：高性能CMOS LDO的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，線性穩(wěn)壓器是不可或缺的組件，它能夠?yàn)楦鞣N電路提供穩(wěn)定的電源。ADP7104作為一款CMOS低 dropout 線性穩(wěn)壓器，以其出色的性能和豐富的特性，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。本文將對ADP7104進(jìn)行全面解析，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

ADP7104是一款工作電壓范圍為3.3 V至20 V的CMOS低 dropout 線性穩(wěn)壓器，能夠提供高達(dá)500 mA的輸出電流。它采用先進(jìn)的專有架構(gòu)，具有高電源抑制比、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，僅需一個(gè)1 μF的陶瓷輸出電容，就能實(shí)現(xiàn)出色的線路和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。該產(chǎn)品有七種固定輸出電壓選項(xiàng)（1.5 V、1.8 V、2.5 V、3 V、3.3 V、5 V和9 V）以及一個(gè)可調(diào)版本，輸出電壓范圍為1.22 V至 (V{IN }-V{DO }) 。

二、產(chǎn)品特性

（一）電氣特性

1. 輸入輸出參數(shù)：輸入電壓范圍為3.3 V至20 V，最大輸出電流可達(dá)500 mA。固定輸出版本的噪聲低至15 μV rms，在10 kHz、 (V_{OUT }=3.3 ~V) 時(shí)，電源抑制比（PSRR）性能達(dá)到60 dB。
2. 精度與穩(wěn)定性：初始精度為±0.8%，在不同的溫度和負(fù)載條件下，精度也能保持在較好的水平。例如，在 (T{J}=-40^{circ} C) 至 +125°C 范圍內(nèi)，精度為?2% 至 +1%；在 (T{J}=0^{circ} C) 至 +85°C 范圍內(nèi)，精度為?1.25% 至 +1%。
3. 低功耗特性：靜態(tài)電流低，在 (V{IN}=5 ~V) 、500 mA負(fù)載時(shí)， (I{GND}=900 mu A) ；關(guān)機(jī)電流小于40 μA（ (V_{IN}=12 ~V) ）。

（二）保護(hù)特性

1. 反向電流保護(hù)：內(nèi)置反向電流保護(hù)電路，當(dāng)輸出電壓大于輸入電壓時(shí)，能防止電流通過功率元件反向流動(dòng)。
2. 過流與過熱保護(hù)：具有折返式電流限制和熱過載保護(hù)功能。當(dāng)輸出負(fù)載達(dá)到775 mA（典型值）時(shí)，輸出電壓會(huì)降低以維持恒定的電流限制；當(dāng)結(jié)溫超過150°C（典型值）時(shí)，輸出會(huì)關(guān)閉，直到結(jié)溫降至135°C以下才會(huì)重新開啟。

（三）其他特性

1. 可調(diào)節(jié)輸出：通過外部反饋分壓器，可調(diào)版本的輸出電壓范圍為1.22 V至 (V{IN }-V{DO }) 。
2. 可編程功能：用戶可編程的精密欠壓鎖定（UVLO）/使能功能，方便實(shí)現(xiàn)多個(gè)電源的排序。
3. 電源良好指示：提供電源良好（PG）引腳，用于指示輸出狀態(tài)。當(dāng)器件處于關(guān)機(jī)、限流、熱關(guān)斷狀態(tài)或輸出電壓低于標(biāo)稱值的90%時(shí)，PG引腳會(huì)立即變?yōu)榈碗娖健?/li>

三、典型應(yīng)用電路

（一）固定輸出電壓電路

圖1展示了ADP7104固定輸出電壓為5 V的典型應(yīng)用電路。該電路結(jié)構(gòu)相對簡單，通過合理選擇電阻和電容，能夠?yàn)樨?fù)載提供穩(wěn)定的5 V電源。

（二）可調(diào)輸出電壓電路

圖2為ADP7104可調(diào)輸出電壓為5 V的典型應(yīng)用電路。通過外部電阻分壓器，可以靈活調(diào)整輸出電壓，滿足不同應(yīng)用的需求。

四、規(guī)格參數(shù)

（一）電氣規(guī)格

在 (V{IN }=(V{OUT }+1 ~V)) 或3.3 V（取較大值）、 (EN=V{IN}) 、 (I{OUT }=10 ~mA) 、 (C{IN}=C{OUT}=1) uF、 (T_{A}=25^{circ} C) 的條件下，ADP7104的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)良好。例如，熱關(guān)斷閾值為150°C，熱關(guān)斷遲滯為15°C；UVLO閾值上升為1.18 - 1.28 V，下降為1.13 V；輸出噪聲在不同輸入輸出電壓組合下，范圍為15 - 65 μV rms；PSRR在不同頻率和電壓條件下，表現(xiàn)出較好的抑制能力。

（二）電容規(guī)格

輸入和輸出電容的最小電容值必須大于0.7 μF，電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）范圍為0.001 - 0.2 Ω。推薦使用X7R和X5R類型的電容器，不建議使用Y5V和Z5U電容器。

（三）絕對最大額定值

VIN到GND的電壓范圍為?0.3 V至 +22 V，VOUT到GND的電壓范圍為?0.3 V至 +20 V，EN/UVLO到GND的電壓范圍為?0.3 V至VIN，PG到GND的電壓范圍為?0.3 V至VIN，SENSE/ADJ到GND的電壓范圍為?0.3 V至VOUT。存儲(chǔ)溫度范圍為?65°C至 +150°C，工作結(jié)溫范圍為?40°C至 +125°C。

五、工作原理

ADP7104內(nèi)部由參考電壓源、誤差放大器和PMOS功率晶體管組成。輸出電流通過PMOS功率器件提供，誤差放大器將參考電壓與輸出反饋電壓進(jìn)行比較，并放大差值。當(dāng)反饋電壓低于參考電壓時(shí)，PMOS器件的柵極電壓降低，允許更多電流通過，從而提高輸出電壓；反之，當(dāng)反饋電壓高于參考電壓時(shí)，柵極電壓升高，通過的電流減少，輸出電壓降低。

六、應(yīng)用信息

（一）電容選擇

1. 輸出電容：ADP7104設(shè)計(jì)用于與小型陶瓷電容器配合使用，推薦使用最小1 μF、ESR為1 Ω或更小的電容，以確保LDO控制環(huán)路的穩(wěn)定性。較大的輸出電容值可以改善對負(fù)載電流大變化的瞬態(tài)響應(yīng)。
2. 輸入旁路電容：在VIN和GND之間連接一個(gè)1 μF的電容，可以降低電路對印刷電路板（PCB）布局的敏感性，特別是在遇到長輸入走線或高源阻抗時(shí)。如果需要大于1 μF的輸出電容，輸入電容也應(yīng)相應(yīng)增加。

（二）可編程欠壓鎖定（UVLO）

通過EN/UVLO引腳，用戶可以設(shè)置上下閾值，實(shí)現(xiàn)對VOUT引腳的啟用和禁用。當(dāng)EN/UVLO引腳電壓低于1.22 V時(shí)，LDO禁用；當(dāng)電壓高于1.22 V時(shí)，LDO啟用，并提供10 μA的遲滯電流，以防止因EN引腳噪聲導(dǎo)致的開關(guān)振蕩。

（三）電源良好特性

PG引腳作為電源良好指示，需要一個(gè)外部上拉電阻連接到 (V_{IN}) 或 (Vout) 。當(dāng)器件處于關(guān)機(jī)、限流、熱關(guān)斷狀態(tài)或輸出電壓低于標(biāo)稱值的90%時(shí)，PG引腳立即變?yōu)榈碗娖健?/p>

（四）可調(diào)版本的噪聲降低

對于可調(diào)版本的ADP7104，可以通過在輸出電壓設(shè)置電阻分壓器中添加 (C{NR}) 和 (R{NR}) 來降低輸出電壓噪聲。通過合理選擇 (C{NR}) 和 (R{NR}) 的值，可以將可調(diào)LDO的噪聲降低到接近固定輸出版本的水平。

（五）熱考慮

在低輸入 - 輸出電壓差的應(yīng)用中，ADP7104的散熱較少。但在高溫環(huán)境或高輸入電壓的應(yīng)用中，需要進(jìn)行熱分析，以確保結(jié)溫不超過125°C。可以通過增加PCB上的銅面積來改善散熱，同時(shí)根據(jù)環(huán)境溫度、功率耗散和熱阻等參數(shù)，計(jì)算結(jié)溫并選擇合適的PCB銅尺寸。

七、PCB布局考慮

為了提高ADP7104的性能，在PCB布局時(shí)，應(yīng)將輸入電容盡可能靠近 (VIN) 和GND引腳，輸出電容盡可能靠近 (V_{OUT }) 和GND引腳。使用0805或0603尺寸的電容器和電阻器，可以在面積有限的電路板上實(shí)現(xiàn)最小的占位解決方案。

八、總結(jié)

ADP7104以其出色的電氣性能、豐富的保護(hù)特性和靈活的可編程功能，成為眾多對噪聲敏感應(yīng)用的理想選擇。在通信、醫(yī)療、工業(yè)和儀器儀表等領(lǐng)域，ADP7104都能為電路提供穩(wěn)定可靠的電源。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇輸出電壓選項(xiàng)、電容規(guī)格和PCB布局，以充分發(fā)揮ADP7104的優(yōu)勢。你在使用ADP7104的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。