一、LDO基础概念及工作原理简述

LDO是一种线性稳压器，其核心在于用一个功率晶体管控制输入与输出之间的电压差，实现输出电压的稳定控制。LDO的特点如下：

• 低压差：输入与输出之间的压差可低至几十毫伏；

• 噪声低：相比开关电源，输出电压纹波极小；

• 响应快：能快速响应负载变化，适用于高灵敏度系统；

• 应用广泛：广泛应用于通信、医疗、工业控制、便携设备等领域。

LDO看似简单，但其在PCB板上的应用设计却不可忽视，尤其在电源完整性（Power Integrity, PI）设计日益重要的今天。

二、LDO PCB设计中的关键布局原则

1. 输入输出电容布局

LDO的输入输出电容（Cin和Cout）对其稳定性有直接影响：

• 靠近LDO本体放置：应将Cin和Cout尽可能靠近LDO的输入和输出引脚，避免因布线过长引发寄生电感。

• 低等效串联电阻（ESR）陶瓷电容优先：大多数LDO推荐使用X5R或X7R材质的MLCC陶瓷电容，确保低ESR，提高响应速度。

• 稳压响应优化：根据芯片厂商推荐值布置Cout（如1µF、4.7µF、10µF），避免输出震荡或稳定性下降。

2. 接地（GND）处理

• 单点接地设计：输入、输出电容及LDO芯片的接地应尽量连接到同一个接地平面上，减少回流干扰。

• 短路径连接：GND引脚和电容接地之间路径应短而宽，降低地回路电感。

• 地环最小化：避免在LDO周围形成大面积地回路，减少EMI。

3. 热管理与散热设计

虽然LDO的工作效率不如DC-DC，但在低功率场合仍可接受，但其功耗全部以热量形式释放，因此：

• 合理计算热功耗：功耗 = (Vin - Vout) × Iload；

• 使用大铜皮散热：将LDO的热焊盘（Thermal Pad）与大面积铜皮连接，可布多个过孔连接到内层或底层散热；

• 保持空气流通路径：在密集区域尽量避免热堆积，必要时加散热孔。

4. LDO与敏感模拟器件的相对位置

由于LDO输出纹波小，常用于模拟前端供电，如ADC、DAC、OP放大器等。

• 尽量靠近模拟负载布置LDO：减小电源回路面积，降低线损与噪声。

• 远离高频干扰源：LDO应远离时钟、电感、DC-DC等高频切换器件，防止干扰耦合。

三、布线（Routing）细节要求

1. 电源走线宽度计算

电源走线不能随意布线，应根据负载电流选择合适的线宽，例如1A电流对应标准1oz铜箔时，线宽建议不少于20mil。

可参考IPC-2221标准计算：

复制编辑线宽（W） ≈ 电流 × 电阻 × 长度 / (电压降 × 电导率)

2. 输出线必须低阻抗

输出电源线需避免绕行、走窄线，增加压降或耦合干扰风险。推荐如下：

• 使用直线走向连接负载；

• 可布多层走线或铺铜加宽；

• 减少过孔，避免电源阻抗增加。

3. 信号隔离

LDO输入输出线路中如有反馈或使能（EN）等控制信号，应保持与主电源路径合理隔离，防止寄生耦合引发振荡或误动作。

四、LDO相关器件的选型建议

1. 电容器件选型

• 使用高质量陶瓷电容（X5R、X7R）；

• 根据芯片推荐的最小值选型，适当冗余以增强稳定性；

• 考虑温度漂移和DC偏置下的实际电容下降。

2. 保护元件选型

• 在输入端串联TVS二极管或ESD抑制器，保护LDO免受浪涌损坏；

• 输出可加小电感+RC滤波器，抑制高频噪声（特别是供给敏感ADC等场景）；

• 加入软启动功能（若芯片支持）避免冲击电流。

五、常见设计误区与优化建议

六、LDO在不同应用中的PCB设计案例

案例1：LDO为MCU供电

• 输入电压来自USB 5V，LDO输出3.3V；

• 输出路径直接连接MCU VCC；

• 加入1µF+4.7µF输出电容并联，提高动态响应；

• LDO靠近MCU，减小布线。

案例2：LDO为模拟前端（如ADC）供电

• 电源路径做成“星形拓扑”；

• 使用π型滤波器前级净化输入电源；

• 加入LDO后再供给ADC，以降低噪声底；

七、总结

LDO作为线性稳压器，在低功耗、低噪声领域具有不可替代的地位。然而，LDO的PCB设计并非简单的“放个电容就完了”。只有从元件布局、布线结构、热管理、电源完整性等方面科学考量，才能实现系统的高效稳定运行。

在现代PCB设计中，LDO不只是“辅助供电”的角色，更是系统可靠性的保障者。