LDO电容选型指南：以LT3045为例
LDO电容选型指南：以LT3045为例
本文详细介绍了LDO（低压差线性稳压器）电容选型的关键要点，以LT3045为例，深入探讨了输出电容、Set引脚旁路电容和输入电容的选型原则。文章从陶瓷电容的特性、参数影响到实际应用中的布局考虑，提供了全面且专业的技术指导。
1. 确定输出电容类型与容值
LT3045需要一个低ESR、ESL的陶瓷电容作为输出电容，以保证稳定性。除了AMS1117以外，大多数LDO的输出电容都可以使用陶瓷电容来保证稳定性。手册规定LT3045最小的输出电容为10uF，ESR小于20mΩ，RSL小于2nH。布局时需要注意额外的ESR和ESL，电容需要靠近LDO输出放置，地端直接打过孔到地层，以减小额外的ESR和ESL，否则会出现稳定性问题。
稳压器的带宽随着输出电容增大而减小，但是比10uF更大，带宽也几乎不会再下降了。因此，一个10uF电容即可实现LT3045的高PSRR和低噪声。尽管如此，更大的电容会增加瞬态响应能力，减小输出电压的尖峰，如图1中蓝色曲线所示。需要注意的是，LT3045供电的各个部件（比如ADC、运放等）用到的旁路电容，也会增加它的有效输出电容。因此，一个10uF电容就够了。
图1 LT3045的瞬态响应
2. 陶瓷电容的特性
2.1 直流偏压与温度特性
我们已经确定好了用10uF的陶瓷电容，这就足够了吗？还不够，这里需要注意两点。第一是有效容值，因为陶瓷电容有直流偏压效应，也就是随着电容两端电压的增加，它的有效容值会下降。所以我们选择10uF，是有效容值10uF。这里按照数据手册推荐值选即可，1206封装/16V的陶瓷电容即可。第二，要用X5R类型的陶瓷电容，因为温度性能更好，千万不能用Y5V。
陶瓷电容根据制造它的电介质不同，在温度和使用电压方面会有不同的特性。EIA温度特性编码是我们最常见的，它根据电介质的温度特性做了分类，如X7R，X5R，Y5V和Z5U。Z5U和Y5V电介质可以用小封装提供大容值，但是它的的直流偏压特性和温度特性都非常的差，用于5V稳压器的16V 10uF Y5V，考虑到直流偏压特性和温度特性以后，它的有效容值只剩下了1uF！见图2和图3。X7R温度特性更好，但是X5R电容相比起来没那么贵，且可以获得更大的容值。因此，我们这里选型X5R电容即可。
图2 陶瓷电容的直流偏压特性
图3 陶瓷电容的温度特性
因为X7R和X5R编码，只是规定了在使用温度下有效容值的变化，并没有考虑直流偏压效应。虽然X7R或者X5R无论是在温度特性还是直流偏压特性上，都比Y5V，Z5U好，但是前者的有效容值还是会随着直流偏置电压变化而明显变化，特别是小封装电容，参见图4。因此，我们选型电容时候一定要注意，10uF是有效容值，要考虑温度特性和直流偏压特性的影响。
图4 不同封装类型的陶瓷电容直流偏压效应
2.2 压电效应
上面提到了陶瓷电容的温度特性和直流偏压特性，还有一个问题来源，那就是压电效应。当用在震动环境中，陶瓷电容两端会随着环境震动产生一个对应的电压。类似压电效应的麦克风工作原理。这种应力可以由机械系统内的振动或由于热瞬态引起的振动。
工作在高震动环境下，LT3045有三个因为陶瓷电容产生的压电效应的噪声源，包括输入、输出和Set引脚的陶瓷电容。输入和输出是可以忽略的，因为该稳压器的输出阻抗在很宽的频率范围内都是很低的，以及它的超高PSRR。但是Set引脚不行，因为它是高阻抗引脚。Set引脚由于陶瓷电容的压电效应，会在输出端产生大概几百毫伏峰峰值的输出噪声。然而，因为Set引脚的高ESL和ESR容忍度，所以没有压电效应的电容可以被选型，如钽电容、电解电容。由于电解电容的高1/f噪声，所以这里非常推荐用表贴钽电容。
3.输入电容
最后，简单提一下输入电容，当LDO的输入电源走线特别长的时候，比如A板通过线缆供电到B板，B板上的电源为LDO，这是很常见的情况。这时候就需要考虑长线缆上面的ESL，可能会导致LC震荡。当然也有一些办法减小长输入线缆的ESL，比如双绞线(即电源和GND缠成双绞线）等，但是最稳妥的办法还是选一个ESR比较高的电容，比如钽电容或者电解电容。规格书上建议选一个ESR高的钽电容并联一个0.47uF的陶瓷电容。输入电容的布局也有考虑，可以参考评估板，因为输入电容上面会有交流电流，如果不加注意，它会直接磁耦合到输出，这时候LDO的高PSRR就不起作用了。
另外还有一点需要考虑，当稳压器用作开关电源的后级滤波器时，对于开关电源的高频噪声，线性稳压器的高PSRR几乎是没有效果的，因为噪声频率超过了它的带宽，这时候可以考虑用磁珠。
4.总结
到这里，我们已经可以得到一个更清楚的印象了，那就是想得到一个低噪声高PSRR的LDO，只选一个高性能的电源是远远不够的，因为还有很多寄生效应需要考虑。