直流線性電源參數詳解
直流線性穩壓電源設計應考慮的主要參數有:輸入輸出電壓差,線性調節率,負載調節率,接地電流,電源效率,輸出準確率,瞬態響應,頻率響應,輸出噪聲電壓等.本文將比較詳細地分別介紹這些參數：（主要就三參數：電源效應、負載效應、紋波/噪聲效應以及分辨率）
輸出電壓差(Dropout voltage)
輸出電壓差在線性穩壓器中是一個非常重要的參數，而其定義為：當輸入電壓（電壓源）降到某個程度時，其輸出電壓將不再穩壓在預計的輸出電壓，而在臨界點時的輸入電壓與輸出電壓的差值即為壓降電壓。以圖1為例，其輸出電壓差為3.3V-2.5V＝800mV。簡單來說就是輸出功率晶體管的漏極和源極的壓差，直接關系到的就是電源功率的消耗，越大的跨壓所損失的功率就越大，所以說，輸出電壓差是越小越好。
圖1 LDO輸出與輸入電壓關系
對輸出PMOS晶體管而言，其漏極是連接到輸出端，因此當輸入端（源極）電壓很小時，晶體管守閉狀態，當源極電壓加大后，晶體管開啟，輸出端電壓開始爬升，一直到穩定的設定值之間的這段輸入電壓差，即是輸出電壓差。其實對于輸出晶體管來說，就是它的飽和電壓差(VSD-sat)，當MOS 晶體管大小確定，且閘極電壓固定之后，其飽和電壓差基本上就不會改變，所以提供閘極電壓的前一級放大器，和輸出晶體管的大小在設計上都要能達到理想的輸出電壓差。對于電源功率消耗的部份，將晶體管飽和電壓（VSD-sat）差乘上輸出端所流過的電流，即是消耗功率，
P = IOUT ×VSD－sat
對于一個可攜帶式電子產品來說，都是由電池來提供電源，這部份的電源消耗當然是越小越好，以求電池壽命能夠長久，低壓降線性穩壓器能夠如此受歡迎的原因，就是在這方面能夠節省很多的電力。
線性調節率(Line regulation)
這項參數在線性穩壓器中也是非常重要的，指的是當輸入電壓產生變化時，相對于輸出端電壓的改變。
我們預期當輸入電壓改變時，輸出電壓能一直維持穩定，但是實際上是有小幅改變，通常以百分比（%）表示。如圖（2）所示，分析電路可得：
圖2 LDO 電路結構
由于輸入電壓改變時，會造成反饋電壓的改變，再由誤差放大器加以調節輸出晶體管（PMOS），來控制輸出電壓，因此若增加整個電路的開回路增益，對于線性調節率的提升有很大的幫助。
負載調節率(Load regulation)
相對于線性調節率，線性穩壓器另一個主要考慮就是負載調節率，表示當負載端有變化，也就是輸出電流有改變時，輸出電壓的變化率。
當負載有變化時，輸出電壓會跟著改變，再由反饋網絡讓誤差放大器對于電壓變化作反應，控制輸出晶體管，輸出電流也會隨之改變來應整個電壓的變化。如圖（2）所示，
由式子可以看出，負載的改變造成電壓的變化，經誤差放大器放大之后，輸出電流也跟著做變化。明顯的，最后的式子可以得知，負載調節率被線性穩壓器的轉導(Gm，也就是誤差放大器的增益乘上輸出晶體管的電流增益)所限制，所以要改善負載調節率，可以增加DC的電流增益，可以得到不錯的效果。
接地電流(Ground current)
接地電流又稱為偏壓電流(Quiescent current)，就是輸入電流與輸出電流的差值，關系到整體的電流效率。
Iq = Iin－Iout
一般而言，靜態電流包括了電路中的偏壓電流(如：誤差放大器、參考電壓源)和驅動輸出晶體管的電流，這些對于輸出效率并無幫助，造成無謂的消耗電源，因此在設計上是越小越好。一個以雙載子晶體管做為輸出端的線性穩壓器，天生就存在有蠻大的靜態電流，也就是基極電流，且基極電流是正比于輸出電流，因此它的靜態電流是會隨輸出電流增加而變更大。在低壓降線性穩壓器中，是使用MOS晶體管來當作輸出
晶體管，MOS晶體管是用VGS來控制電流，而其閘極并無電流通過，因此其靜態電流可以保持固定，且無視于負載端的變化，這也是用MOS當輸出端優于雙載子晶體管的好處之一。
電源效率(Efficiency)
低壓降線性穩壓器的效率，定義為輸出功率和輸入功率的比值：
由上式可以看出，輸出和輸入電壓差，也是影響效率的因素之一，當Iq很小，小到可以忽略的時候，明顯的效率是由輸出電壓和輸入電壓的比值決定。此外，當穩壓器操作在無負載的時候，也就是輸出電流為0時，上式就不適用來計算整體效率，此時Iq就顯得格外重要，Iq越小自然電池壽命也就得以維持更長久。
輸出準確率(Output accuracy)
圖3 輸出電壓誤差
輸出電壓的準確度和低壓降線性穩壓器的各個部份的電壓誤差關系密切，像是：線性調節率(ΔVLIR)、負載調節率(ΔVLOR)、參考電壓偏移(ΔVREF)、誤差放大器電壓偏移(ΔVA)、外部回授電阻的誤差(ΔVR)、溫度系數(ΔTC)…等。
輸出電壓誤差主要是由環境溫度改變所造成的參考電壓偏移、誤差放大器的特性改變(增益誤差、偏移電流)、電阻值誤差，這些誤差加上線性調節率和負載調節率通常會使得精確度改變1%~3%。另外，制造上的變異也同樣會造成上述各部份產生誤差。接下來仔細討論各部份造成的誤差，就參考電壓源的部份，和輸出電壓的關系式為：
從上述式子可以得到，參考電壓的誤差會直接影響到輸出電壓，而且是直接正比于誤差百分比。再有守于誤差放大器的誤差部分：
圖 誤差放大器電壓偏移
考慮 gaβ>>1，將上兩是合并的結果：
最后是電阻的誤差部分：
圖4 電阻值誤差
關系式如上式，顯然的，電阻誤差影響輸出電壓相對于前面幾項來得比較小，且R2的影響要比R1還要大。
瞬態響應(Transient response)
主要是當負載電流在瞬間改變時，輸出電壓變化的情況以及電壓回穩的時間。影響到瞬時響應的包括：穩壓器的頻寬、輸出電容(Cout)、輸出電容的等效串聯電阻(Resr)、最大負載電流…等。
圖5 步階負載
接下來分成幾個部分來分析當負載改變時，輸出電壓的變化。首先以一個步階負載應用，觀察相對的輸出電壓反應，當負載端忽然從穩壓器抽取大量電流，此時由于穩壓器頻寬的關系，反應不及造成無法及時提供負載端足夠的電流，輸出電壓就如圖（5）中T1時間內的反應，產生一段不小的壓降(Vdip)，這段時間內由輸出電容暫時提供負載所需的大量電流，由COUT 流向VOUT。
圖（2.8）輸出電壓對于負載之變化
T1時間的大小，主要是由穩壓器的頻寬與旋轉率所決定時間T2的長度與傳輸組件對Cout充電和穩壓器的閉回路相位響應有關，時間T3的Vpeak是由于當負載瞬間移除，傳輸組件供應過多的電流所致。
時間T4，穩壓器開始將電壓拉至設定的輸出電壓。
輸出電容的等效串聯電阻
真實的電容模型如圖（6），真實電容有寄生電感與電阻。輸出電容的等效串聯電阻（ESR）是用來使得LDO能有足夠的頻率穩定性，ESR數值的大小會影響到零點與極點的位置。LDO制造商通常會提供建議使用輸出電容值與ESR穩定區間，如圖（7）
圖6 真實的電容模型
圖7 等效串聯電阻值穩定范圍
頻率響應( frequency response)
圖（8），表示LDO 的AC 小訊號等效電路，分析電路得輸入與反饋的轉換函數： gma 、gmp 分表示誤差放大器之轉導與傳輸組件之轉導， Rpar,Cpar 表示寄生電阻與電容。
圖8 交流等效電路
經由上式可發現，整個回路中存在3 個極點以及一個零點，這與其穩定度的設計有密切的關系。第一個極點，也就是主極點，是由輸出電容以及低壓降線性穩壓器的輸出阻抗所造成
第二個極點，是由誤差放大器到輸出晶體管之間寄生電容和電阻所形成：
第三個極點，是由輸出電容的等效串連電阻以及Cb 所形成：
至于零點，是由輸出電容以及其等效串連電阻所形成：
極點及零點的位置，與誤差放大器及輸出電容大小有關。故為了讓整個電路達到良好的穩定度，便將零點位置控制在單增益頻率（f T）附近，可有效提升電路的相位邊限，進而使穩定度提高。基于穩定度之限制的緣故，使得開回路直流增益無法提高，而造成線性調節率、負載調節率與精確度有所限制。若是要有最佳的線性調節率、負載調節率與精確度，則必須提升開回路直流增益，但無限制地提高開回率直流增益，則會造成相位邊限的不足。由上面所述，一個沒有補償的低壓降線性穩壓器，會因為兩個極點的效果，如圖（9），使得相位在單增益頻率時變為-180°，整個電路也會因此而震蕩，故由等效串聯電阻所形成的零點，對于一個低壓降線性穩壓器而言十分重要，以下對于這個等效串聯電阻加以討論：
當等效串聯電阻太大的情形，如圖（10），會造成零點位置過小，使得原本在單增益頻率之下的第三個極點也跑到前面，而拉低了相位邊限，導致電路不穩定。
圖9 無頻率補償之頻率響應
圖10 過大ESR 之頻率響應
再看等效串聯電阻太小的情況，如圖（11），導致零點位置低于單增益頻率，致使相位邊限并沒有獲得提升，原本要對電路作補償的效果就消失了。
圖11 過小ESR 之頻率響應
圖12 適當ESR 之頻率響應
總而言之，等效串聯電阻的值有一個最適合的范圍，如圖（12），在這范圍內都可以使低壓降線性穩壓器更加穩定。因此輸出電容的選取，也顯得格外重要。
輸出噪聲電壓（Output Noise Voltage）
在固定的輸出電流與穩定的輸入電壓條件下，給定一段特定的頻率范圍內（10Hz～100KHz），量測輸出噪聲電壓的方均根值。通常來說，誤差放大器與參考電壓源為主要的噪聲來源，可在輸出端連接旁路電容以減少輸出噪聲。