在您的PCB中使用LDO与开关稳压器的比较

尽管我们希望如此，但我们为电子设备提供的电力并不总是稳定的。真实的电源中含有噪声，它们可能表现出电力不稳定，或者意外断电。幸运的是，我们有电源调节器来帮助预防一些这类问题。

对于低功率设备，我们通常看到两种类型的电源调节器：线性电压调节器（有时称为低压差调节器或LDO）或开关调节器。你可以在电源总线的不同点混合使用这些调节器，但仍然存在选择使用LDO还是开关调节器的问题，以及线性调节器与开关调节器之间的区别。

如果你曾经想知道这些决定是如何做出的，以及何时使用每种类型的调节器，只需知道这个决定不仅仅是看输入/输出电压/电流那么简单。继续阅读，了解更多关于为你的低功率设计选择线性电压调节器还是开关调节器的信息。由于我们对PCB布局感兴趣，在这个博客上，我将简要讨论布局中需要发生什么以支持LDO或开关调节器。

线性电压调节器与开关调节器比较

在深入了解这些类型的电源调节器的组件排列和布局之前，最好先回顾一下每种电路的工作原理。LDO（低压差线性稳压器）原理图是一种降压型直流-直流电压转换器，因此最好将其与降压转换器进行比较。还有基于电阻的线性调节器或使用晶体管的串联和并联调节器，但我暂时不讨论这些，因为它们通常不会在PCB的电源总线上使用。

低压差稳压器（LDO）

低压差稳压器是基于运算放大器的线性调节器。该电路通过在反馈回路中比较调节器输出和参考电压（硅带隙参考，输出约1.25 V）来工作。下面展示了基本拓扑。请注意，虽然这个图中使用了NPN晶体管，但在实际电路中，你通常会发现MOSFET。

LDO中的余量

低压差线性稳压器具有一定的“余量”，也称为压差，这是一个略高于名义输出电压的小电压，用以决定元件是否开启。只要输入电压V(in) - 输出电压V(out) > 余量，那么该元件就会提供名义输出电压。电压分压器用于降低输入电压，以便运算放大器可以将其与参考电压(V-Ref)进行比较。除非你正在使用离散元件构建LDO电路，否则你不需要担心设置运算放大器电路和选择R1/R2；这些都集成在元件中。

最后，C1和C2是滤波电容，分别清理输入和输出上的电压。这些值不会影响余量，尽管它们将有助于减少输入和输出上的噪声。只要输入电压高于稳压器的余量，运算放大器就会将稳压器的输出设置为所需水平。

降压转换器

如上所述，与降压转换器相比，LDO电路更为相似，因为它们都是降压组件。任何开关转换器的目标都很简单：通过调制开关元件向负载提供的电流和电压，产生稳定且可调的输出电压。这通常是一个用PWM信号驱动的功率MOSFET，尽管像谐振LLC转换器这样的更大型调节器可能会使用并联多个MOSFET来提供高电流输出。无论如何，所有的降压调节器都会抑制输入电压的低频变化，但由于MOSFET的开关动作，输出会有一些高频噪声，这在仿真中可以清楚地看到。

LDO与降压转换器比较

那么，你应该在什么时候使用这些调节器呢？它们都能将直流电压降至有用的水平，同时清除噪声，那么它们不是可以互换使用吗？实际上，它们有时是可以互换的，但这取决于你需要的功率水平和电源的特性。下表总结了这两种类型的电路及其优势的一些不同方面。

这个表格中有很多内容，但我会尽力在这里总结几点。

1. LDO是相对于开关稳压器的低噪声替代品。它们的布局更简单，成本往往也更低。
2. LDO有时被用于开关稳压器的下游，以进一步降低电压至低水平。实际上，一些开关稳压器组件在输出端包含一个LDO；以ADP5037为例。
3. 开关稳压器可以提供非常精确的电压控制，只需调整PWM驱动频率即可。在LDO稳压器中，控制是被动的。

针对LDO和开关稳压器的PCB布局

这是一个相当深入的话题，因为PCB布局部分可以关注于稳压器电路、电源总线和下游负载。我更倾向于遵循两个指导原则：

• 注意支持所需电流的走线宽度，保持IR降低和温度在安全限制内。当你在高电流工作时，不要害怕使用多边形倒铜。
• 保持环路电感小。这意味着将组件彼此靠近，并在PCB中追踪出返回路径，以确保你不会造成EMI问题。

下图应该能说明我的意思。这个布局是为一个在3 MHz运行的开关调节器设计的。你会注意到关键部分，即由L2和滤波电容形成的回路，有一个紧凑的圆形返回路径回到附近的接地铜皮。这有助于确保低辐射电磁干扰（EMI）发射和接收。同样的原则也适用于LDO电路，尽管在那种情况下，我们更担心EMI的接收，因为没有开关。

在LDO或开关转换器的应用说明中，你经常会看到布局示例。对这些要小心；它们可能对处理电流来说是没问题的，但它们的布局中可能潜伏着EMI问题。这些应用说明中的EMI问题往往源于未能定义清晰的返回路径或未能创建具有低环路电感的紧凑布局。Mark Harris在最近的一篇文章中展示了一个紧凑的PCB布局示例，用于开关调节器，看一看可以从一位经验丰富的布局工程师那里获得一些好的指导。

在您决定在PCB布局中使用线性电压调节器还是开关调节器之后，使用Altium Designer®中最好的CAD工具和元件管理功能来放置和布线您的设计。当您完成设计，并想要将文件发布给制造商时，Altium 365™平台使得协作和分享项目变得简单。我们只是略微触及了使用Altium Designer在Altium 365上所能做的事情。您可以查看产品页面以获取更深入的功能描述，或者观看其中一个按需网络研讨会。