为什么99%的硬件工程师没有用好LDO？

相信打开的硬件工程师们对LDO都非常的熟悉，没错，LDO就是一种线性稳压器，我们在几乎任何一个电路设计中多会使用到这个器件，但很少人能够用明白这个东西。

首先我们拿出TI出品的TLV1117的数据规格书，看一下规格书中对于线性稳压器输出的设计要求。

可以看到对于TLV1117来说，输出电容是有明确要求需要使用钽电容或者铝电解电容，并且特别说明了ESR需要在0.2Ω到10Ω之间。

相信很多硬件工程师们都因为目前MLCC电容的大行其道，直接在输出电容部分放了0.1-10uF的陶瓷电容，并且并了多个。还有些公司特别的要求禁止选用钽电容，即使使用也需要降额设计，华为更是将钽电容选型规定到了电压余量留出3倍。

为什么LDO的数据手册要规定使用钽电容？

为什么我们这样设计了，大部分也没出问题？

别怕，我们来分析一下：

首先说一下为什么数据手册中往往推荐使用钽电容，原因在于早些年的LDO芯片设计中，芯片设计工程师在进行电源环路仿真的时候需要对环路输出的相位做补偿，这就需要在输出端并连接入一定的阻值（感兴趣的同学可以自行谷歌），于是工程师利用了钽电容本身的ESR来保证电源环路的稳定性。如果你还在使用老的LDO产品进行设计，又不想用钽电容，那就在MLCC上面串个电阻吧。

其实现在很多LDO的设计已经不再要求输出电容必须采用钽电容了，原因也很简单，早期LDO设计的时候是因为钽电容被广泛使用，因此工程师在设计芯片的时候考虑的事钽电容，而现在我们广泛使用的是MLCC，因此芯片设计师在环路设计上就考虑的MLCC，也就不会存在使用了陶瓷电容导致环路不稳定的情况发生了。

但是也要注意，并不是所有的陶瓷电容都可以往上怼的，输入和输出电容必须满足预期工作温度和工作电压下的最小电容要求。陶瓷电容可采用各种各样的电介质制造，温度和电压不同，其特性也不相同。对于5V应用，建议采用电压额定值为6.3V至10V的X5R或X7R电介质。Y5V和Z5U电介质的温度和直流偏置特性不佳，因此不适合与LDO一起使用。

第二个问题，为什么我们老的LDO设计使用了陶瓷电容器也没有发生故障呢？这个大部分原因是你的设计对LDO的输出稳定性要求不高，我们可以看一下对于LDO的一组测试：

我们使用相同容值的陶瓷电容和钽电容对LDO做测试，可以看到，即便是TI的TLV1117，它的输出波动也有两百多毫伏了。而山寨的ANS1117更是达到了五百毫伏电压最低点，连2.8V都不到，这很有可能会导致电路的不稳定。

所以在电源电路的设计中，对于电容的选择尤为重要，接下来可以看一下不同电容技术的特性

电容具有各种尺寸、额定电压和其它特性，能够满足不同应用的具体要求。常用电介质材料包括油、纸、玻璃、空气、云母、聚合物薄膜和金属氧化物。每种电介质均具有特定属性，决定其是否适合特定的应用。

在电压调节器中，以下三大类电容通常用作电压输入和输出旁路电容：多层陶瓷电容、固态钽电解电容和铝电解电容。

多层陶瓷电容

多层陶瓷电容(MLCC)不仅尺寸小，而且将低ESR、低ESL和宽工作温度范围特性融于一体，可以说是旁路电容的优选。不过，这类电容也并非完美无缺。根据电介质材料不同，电容值会随着温度、直流偏置和交流信号电压动态变化。另外，电介质材料的压电特性可将振动或机械冲击转换为交流噪声电压。大多数情况下，此类噪声往往以微伏计，但在极端情况下，机械力可以产生毫伏级噪声。

电压控制振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、RF功率放大器(PA)和其它模拟电路都对供电轨上的噪声非常敏感。在VCO和PLL中，此类噪声表现为相位噪声；在RF PA中，表现为幅度调制；而在超声、CT扫描以及处理低电平模拟信号的其它应用中，则表现为显示伪像。尽管陶瓷电容存在上述缺陷，但由于尺寸小且成本低，因此几乎在每种电子器件中都会用到。不过，当调节器用在对噪声敏感的应用中时，设计人员必须仔细评估这些副作用。

固态钽电解电容

与陶瓷电容相比，固态钽电容对温度、偏置和振动效应的敏感度相对较低。新兴一种固态钽电容采用导电聚合物电解质，而非常见的二氧化锰电解质，其浪涌电流能力有所提高，而且无需电流限制电阻。此项技术的另一好处是ESR更低。固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定，因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR。

导电聚合物钽电容具有低ESR特性，成本高于陶瓷电容而且体积也略大，但对于不能忍受压电效应噪声的应用而言可能是唯一选择。不过，钽电容的漏电流要远远大于等值陶瓷电容，因此不适合一些低电流应用。

固态聚合物电解质技术的缺点是此类钽电容对无铅焊接过程中的高温更为敏感，因此制造商通常会规定电容在焊接时不得超过三个焊接周期。组装过程中若忽视此项要求，则可能导致长期稳定性问题。

铝电解电容

传统的铝电解电容往往体积较大、ESR和ESL较高、漏电流相对较高且使用寿命有限（以数千小时计）。而OS-CON电容则采用有机半导体电解质和铝箔阴极，以实现较低的ESR。这类电容虽然与固态聚合物钽电容相关，但实际上要比钽电容早10年或更久。由于不存在液态电解质逐渐变干的问题，OS-CON型电容的使用寿命要比传统的铝电解电容长。大多数电容的工作温度上限为105°C，但现在OS-CON型电容可以在最高125°C的温度范围内工作。

虽然OS-CON型电容的性能要优于传统的铝电解电容，但是与陶瓷电容或固态聚合物钽电容相比，往往体积更大且ESR更高。与固态聚合物钽电容一样，这类电容不受压电效应影响，因此适合低噪声应用。

不同电容技术参数对比

以上内容希望能对每个工程师对于LDO设计有所帮助，也能让各位对半导体行业发展更加了解和热爱。