LDO发振如何避免和解决？
汽车电子产品中多数的次级电源会采用LDO，LDO都是采用负反馈送到误差放大器进行比较输出，反馈产生180°相位滞后后超前的就会导致输出振荡，因此LDO对于输出电容的ESR有着严格的要求，必须控制在某一特定范围内，以保证输出的稳定性。笔者设计的娱乐导航系统中使用瑞萨的V850 MCU要求3.3V稳定供电，静态电流小于200μA，封装比较小。由于NISSHINBO R1501x的LDO性能稳定、输出精度高可以控制在±2%，静态电流只有0.1μA，而且高低温漂移很小，非常适合我们娱乐导航系统中使用。
下图Nisshinbo R1501x系列LDO对于ESR要求，图示蓝线以上、红线以下为LDO工作稳定区域；红线以上、蓝线以下为LDO发振区域。由图可知输出端接的电容ESR一定要控制在稳定区域内。负载不同稳定区域也会发生变化，如当负载变小稳定区域会相对增加，因此考虑电容ESR的同时还需要考虑负载的变化。
图1：R1501x系列LDO对于ESR要求
到这里也许有人就会问了，ESR大了，LDO会不稳定；ESR小了，LDO也会不稳定，到底该怎么办才好。不要着急，下面慢慢讲述。
首先看图2，这是典型的LDO增益曲线和相位曲线图，这里面就隐藏着LDO稳定还是发振的秘密。图示，fp1由输出电容ESR产生的极点，PPWR由于LDO自身性能引起的功率极点，fz是有输出电容容值和ESR引起的相位超前。我们需要保证LDO的相位裕度足够，并且不能反转到180°。
如果电容ESR过高，零点的频率降低，这样就会使回路的带宽增加，带宽的增加意味着极点Ppwr会出现在带宽内，相位裕度就明显减小，导致LDO输出不稳定。选择很低的ESR输出电容，由于一些不同的原因也会产生振荡。很低的ESR产生的极点就会产生－180°的相移，导致LDO输出不稳定。
图2：LDO增益曲线和相位曲线图
设计LDO电路时，首先，我们会根据不同的电容ESR确定稳定区域的范围，如图3选择5mΩ的电容测试fz，再选择20Ω电容测试fz，这之间的将会被选择为稳定区域
图3：根据不同的电容ESR确定稳定区域的范围
到这也有人会问了，这样看很简单吗，只要选择ESR处于稳定区就没问题了。要是这样想，你很有可能又要出错了。由于电容的温度特性不同，温度特性较差的电容，在低温下ESR会迅速增加，在常温下工作正常，到了低温环境下就会发生低温发振。图4显示了电容在不同温度下的ESR曲线，低温下ESR明显增加了很多，高温下ESR也会很快减小很多。因此，一定要注意电容的ESR在不同温度下的表现，这个参数很多电容供应商一般不会提供给我们，所以在检证初期，我们需要在环境箱中对不同温度下的电容的ESR进行实际测试，从而得到我们要使用的电容对于温度变化的敏感度。
图4：电容在不同温度下的ESR曲线
输出电容要选择稳定特性较好的电容，温度特性差的话，在低温-40℃、-30℃下，电容的ESR就会增加很多，导致相位裕度不足，输出发振。X5R型电容、X7R型电容温度特性就比较差，温度不同影响程度达到15%。COG型电容、NPO型电容温度特性相对比较起来就好出很多，温度影响只有0.3%程度。如图5、6所示，选择较好的电容后低温下输出仍然稳定。
图5
图6
下图是对Nisshinbo的 R1501x系列LDO实际测试的相位裕度曲线和增益裕度曲线，很容易可以看出R1501x系列的LDO工作非常稳定。
图7：R1501x系列LDO实际测试的相位裕度曲线和增益裕度曲线
好了说了这么多，下面做一下总结：
1）输出电容一定要确定ESR范围，上限值、下限值，确保ESR处在LDO稳定区域内。
2）输出电容容量与输出电容ESR来进行相位补偿、所以与外置电容的温度特性影响很大，一定要选择温度特性较好的电容。
3）输出电容一定要在环境箱中实际测试不同温度下的ESR，从而获得电容对于温度变化的敏感度。
关于Nisshinbo (日清纺)
原新日本无线（NJR）株式会社和原理光微电子（原RICOH）株式会社已于2022年1月合并，并以⽇清纺微电⼦（Nisshinbo）株式会社的名义运营。日清纺（Nisshinbo）整合两家公司的优势，完善 "连接一切 "的技术，并努力作为一个模拟解决方案的供应商进一步成长和发展，为实现超智能社会做出贡献。
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