在阅读MTK PMIC datasheet时,有时能看到ALDO、DLDO、SLDO的字样,这其实是MTK内部对LDO的一种分类。
根据本人的理解,暂时将它们的特点列举如下:

在手机电源设计上,数字LDO是种较为新奇的概念,与使用运放进行闭环反馈控制的传统模拟LDO不同,数字LDO通过ADC采样、数字逻辑运算,然后控制MOS管阵列来实现稳压,可能更适应当前芯片低压化、低功耗、高集成度的趋势。
为了理解数字LDO的优点,我们首先从传统的模拟LDO说起。
传统模拟LDO
如下图,为模拟LDO的基本框图,上电后,运放检测Vfb,以Vref作为基准进行闭环反馈控制。
运放的闭环反馈是连续而且快速的,具备较好的PSRR,纹波通常较低,输出的电源较为干净。

但是,随着手机等电子设备在低功耗、低压化的的道路狂飙,模拟LDO开始力不从心,像是遭遇了中年危机一般,具体有以下问题:
- 压差还是太大:虽然名叫“低压差稳压器”,但到了现在动辄零点几伏的Vcore(核心供电)面前,还是力不从心。
- 静态电流(IQ)还是过大:偷电小贼,这点电看似不多,但当今的续航焦虑也是拉满的,如鲠在喉,不降不快。
数字LDO
像赌博时梭哈一样,All in数字!数字LDO摒弃掉传统的模拟器件(运放),以数字器件作为主导进行控制和能量传送。一个典型的数字LDO主要由三部分组成,如下图:
- 输出采样:输出电压被ADC采样,转换为数字信号。
- 数字处控制器:数字控制器(如状态机、PID控制器、逐次逼近逻辑SAR)根据量化结果,计算需要调整的功率管数量。
- 功率调节 :控制器输出的数字码控制多个小功率MOS并联组成的阵列,通过精确开启或关闭一定数量的MOS来等效调节输出电流,从而稳定输出电压。

可见,其工作过程就是“采样-计算-调节” 的闭环,下图展示了其调压过程:

由于全是数字器件,大致具备如下优点:
- 更容易在复杂芯片上广泛集成。
- 其可控性更为灵活,便于实现状态监控,冗余控制(坏掉的通道屏蔽掉即可)。
- 可为SoC中不同的电源域提供较为细致(细颗粒度)的电源管理,尤其是那些需要超低电压供电的模块。
- 静态电流可以做的非常低,适合为待机状态下仍工作的设备供电。
- 通过MOS阵列传送能量,一定程度上与开关电源的概念相似,效率高于模拟LDO。

数字LDO目前也有其阿喀琉斯之踵,由于其闭环反馈不是连续的,而是离散采样特性的,其响应速度慢于模拟LDO,PSRR亦逊于模拟LDO。
总结
总的来说,数字LDO并非要完全取代模拟LDO,模拟LDO依然坐镇在需要超高电源质量、超快瞬态响应、超低噪声的关键岗位上。但在超低电压、高集成度、智能化电源管理的发展趋势下,数字LDO不可忽视,后续它可能为数字核心模块提供更优的供电方案。
本文仅提供简介,更为细致的内容可去看参考文献。
本文参考文献:澳门大学黄沫教授《A comparative study of digital low dropout regulators》 Mo Huang1, †, Yan Lu1, and Rui P. Martins1,