一、LDO 稳压器工作原理概述

LDO稳压器主要由以下几个部分组成：

• 参考电压源（Bandgap Reference）；

• 误差放大器（Error Amplifier）；

• 功率管（PMOS或NMOS）；

• 反馈电路（Voltage Divider）。

其基本工作过程如下：

误差放大器比较输出电压（分压后）与参考电压，并调节功率管的导通程度，使输出电压稳定在设定值。

二、NMOS 与 PMOS 基本特性对比

三、PMOS 架构 LDO 特性分析

1. 原理图结构

PMOS作为“高边开关”，源极接输入电源，漏极接输出端。控制端（栅极）通常由误差放大器拉低，调节其导通程度。

2. 优势

• 驱动简单：只需将栅极电压拉低即可导通，控制电路不需要额外升压。

• 结构简洁：适合面积、功耗受限的SoC内置稳压器。

• 无外部供电要求：全部电源自供，适合嵌入式系统。

3. 劣势

• 通态电阻大：空穴迁移率低导致R_DS(on)较高，压差较大时功耗增大。

• 响应速度较慢：开关特性比NMOS慢，限制了其在高带宽LDO中的表现。

• 最大负载电流受限：高R_DS(on)限制了其对大电流负载的供电能力。

4. 适用场景

• 电流需求较低（<500mA）的系统；

• 移动终端、摄像头模块、射频前端等对噪声敏感的应用；

• 内置LDO（如MCU、FPGA中）。

四、NMOS 架构 LDO 特性分析

1. 原理图结构

NMOS作为“高边开关”时，漏极接输入电源，源极为输出。控制栅极需高于V_in + V_th以确保导通。

2. 优势

• 导通性能强：电子迁移率高，R_DS(on)小，适合大电流输出；

• 压差更低：能实现超低Dropout电压，适用于对功率效率要求高的应用；

• 响应速度快：MOS驱动快速，适合对瞬态响应要求高的系统。

3. 劣势

• 驱动电路复杂：需要提供高于输入电压的控制电压（通常借助电荷泵）；

• 稳定性设计更难：存在PMOS不具备的反相放大特性，需注意相位裕度设计；

• 增加静态功耗：电荷泵和偏置电路可能带来额外功耗。

4. 适用场景

• 大电流LDO（>1A）；

• 核心供电电源（如CPU核心电压）；

• 高速ADC、FPGA供电系统。

五、PMOS 与 NMOS LDO 架构对比分析

六、实际案例对比

案例1：AMS1117（PMOS典型LDO）

• Dropout电压：1.1V@1A；

• 输出稳定性好，纹波低；

• 适合小型消费类设备。

案例2：TPS7A47（NMOS架构）

• Dropout电压：<200mV@1A；

• 输出噪声极低，响应时间短；

• 适合音频、模拟前端供电、高性能ADC系统。

七、工程应用建议

如何选择NMOS或PMOS架构LDO：

• 优先考虑PMOS：

• 若系统设计简单，预算有限；

• 电流需求较低；

• 无需极低Dropout电压；

• 空间和EMI设计要求高。

• 优先考虑NMOS：

• 对负载响应、电源效率有严格要求；

• 大电流输出需求；

• 使用多个电源轨或辅助供电源；

• 对热设计有优化空间。

八、总结与前景展望

NMOS与PMOS各有优势，关键在于针对应用需求选择合适架构。随着工艺演进，NMOS型LDO通过集成电荷泵和稳定性补偿技术已日趋成熟，其在高性能、低功耗领域中的比重正在持续增加。而PMOS型LDO因其结构简单、功耗低、成本可控，仍将在中低端消费类市场中保持广泛应用。未来，高集成、高性能、低噪声的LDO解决方案将更多采用混合架构，如“NMOS主功率+PMOS预驱动”的复合设计，以兼顾性能与成本。