【導讀】筆者設計的一款外包項目—— 一個脈象采集儀的LDO應用。LDO能最大限度地節省系統電源的布線面積。關于LDO，其實在選擇及使用的時候有很多考究。
筆者設計的手持式脈象采集儀，所用的傳感器為脈搏傳感器（測量原理為光在血紅細胞中的通量轉換為電信號），外接一塊OLED，外設還使用到了串口線。系統采用單節鋰電池供電，電壓范圍為3.8V至4.2V，模擬量和數字量電源分開，數字部分采用3.3V供電，模擬部分電源采用2.8V供電，MCU的模擬供電也用2.8V供電。
無論模擬部分還是數字部分，輸入輸出壓差都很小，同時模擬部分供電電壓比較低，因此需要采用線性度較高，紋波小的高性能LDO芯片。因此筆者選擇了理光的LDO電源芯片，型號為RX5RE。這一系列的LDO非常適用于低功耗場合，首先它的靜態漏電流非常小；其次，和普通的1117系列的LDO相比紋波要小很多，并且輸出的電壓值每差0.1V就有對應的芯片款式；第三，它的封裝為SOT-89，這樣的一款小封裝芯片有效地減少了布線的面積，在手持式設備的狹小空間里，能夠留出更多靈活的布線區域。另外除了適用于低功耗場合，它也同樣適用于對采樣精度要求高、對驅動電流有一定要求的應用中。
RX5RE的內部結構框圖如下圖所示，是經典的LDO電路模型。其中PMOS擁有極低的壓差，相比之下內部的靜態損耗能變得更小。
圖1：理光LDO RX5RE內部原理圖
這款芯片的優點還在于有很多后綴型號，穩壓電壓精度非常高。由于筆者的模擬部分的電源需要2.8V供電，數字部分需要3.3V供電，因此筆者在第一版設計的時候，選擇了RX5RE28A和RX5RE33A兩款。其中后綴中的28A和33A分別表示輸出的電壓值為2.8V和3.3V。值得注意的是，當壓差較小的時候，輸出的電流最大值也會隨之減小。至于其原理可以從LDO的原理中分析出來。
筆者在芯片選型的時候，無意間看到了這么一張電路圖圖片：
圖2：電壓調整電路
調整公式為：
其中Vreg為芯片的默認輸出電壓，Iss為芯片靜態漏電流（筆者在計算的時候取1uA）。這個電路能夠微調輸出電壓，筆者嘗試了一下，這樣便可以用輸出為2.8V的芯片輸出3.3V了。其中R1和R2的分壓電阻可以設置為：700K，100K。考慮到這兩顆電阻和芯片內部的分壓電阻串并聯關系，因此，分壓電阻數量級一定要大。不然穩出的電壓會有偏差。但筆者為了省略這兩顆電阻，節約能節約的成本，還是用了兩塊后綴不同的LDO芯片。
LDO本身的電壓輸出非常穩定，由于筆者ADC采樣為10位，在手指未放入傳感器時，電壓值幾乎保持在3/1024以內跳動。所以筆者默認這款LDO能達0.3%以下的精度。下圖便是筆者關于LDO給模擬部分供電后的心率采樣波形。紅色為一階低通濾波前的波形，黃色為低通濾波后的波形。對實時性要求不高的系統來說，這樣的模擬量波形已經能夠滿足項目的需求。
圖3：脈搏傳感器采樣波形
