一、LDO 的基本原理

LDO 本质上是一种线性稳压器，其核心由以下几部分组成：

• 基准电压源

• 误差放大器

• 功率调整管

• 反馈网络

其工作方式是通过调整功率 MOS 管的导通程度，实现输出电压稳定。

功率 MOS 管的位置与类型，决定了 LDO 的性能特点。

二、PMOS 型 LDO 的结构与工作原理

PMOS 型 LDO 使用 P 沟道 MOSFET 作为功率调整管。

其典型结构如下：

• PMOS 位于输入端与输出端之间

• Source 接输入

• Drain 接输出

• Gate 由误差放大器控制

工作时：

当输出电压下降：

• 误差放大器拉低 PMOS Gate 电压

• PMOS 导通增强

• 输出电压恢复

当输出电压升高：

• Gate 电压上升

• PMOS 导通减弱

• 输出电压下降

由于 PMOS 天然可以高边驱动，因此无需额外升压电路。

三、NMOS 型 LDO 的结构与工作原理

NMOS 型 LDO 采用 N 沟道 MOSFET 作为功率调整管。

其结构特点：

• NMOS 同样位于输入与输出之间

• 但 NMOS 需要 Gate 电压高于 Source 才能充分导通

因此：

NMOS 型 LDO 通常需要：

• 电荷泵

• Boost 电路

• 内部升压驱动

来提供更高的栅极驱动电压。

工作时：

输出电压降低：

• 控制电路提高 NMOS Gate 电压

• NMOS 导通增强

• 输出恢复稳定

四、NMOS 与 PMOS LDO 的核心差异

1. 驱动方式不同

PMOS LDO

PMOS 属于电压控制型器件：

• Gate 电压低于 Source 即可导通

• 无需额外升压

因此结构简单。

NMOS LDO

NMOS 需要：

$V_{GS}>V_{TH}$

即栅源电压必须超过阈值电压。

因此：

• Gate 电压必须高于输入电压

• 需要额外驱动电路

这是 NMOS LDO 最大的结构特点。

2. 导通电阻差异

在相同芯片面积下：

• NMOS 的导通电阻更低

• PMOS 导通电阻较高

因此：

NMOS 型 LDO：

• 可以实现更大输出电流

• 压差更低

• 效率更高

而 PMOS：

• 导通损耗更大

• 大电流性能较弱

3. 压差（Dropout Voltage）差异

LDO 的核心指标之一是压差：

$V_{DROP}=V_{IN}-V_{OUT}$

PMOS LDO

由于 PMOS 的导通电阻较高：

• 大电流时压差明显增加

NMOS LDO

由于 Rds(on) 更低：

• 压差更小

• 更适合低输入电压系统

特别是在：

• 电池供电

• 低压 FPGA

• CPU Core 电源

中优势明显。

4. 静态电流差异

PMOS LDO：

• 结构简单

• 控制电路功耗低

• IQ（静态电流）通常较低

适合：

• 低功耗待机设备

• IoT 产品

• 电池设备

而 NMOS LDO：

由于存在：

• 电荷泵

• Boost 驱动

因此静态电流通常较高。

5. 瞬态响应能力

NMOS 型 LDO 通常具有：

• 更高跨导

• 更快响应速度

因此：

负载突变时：

• 输出恢复更快

• 电压波动更小

适用于：

• CPU/GPU

• FPGA

• 高速 ADC

• 射频系统

而 PMOS LDO：

• 响应速度相对较慢

6. PSRR（电源纹波抑制）能力

PSRR 是衡量输入噪声抑制能力的重要参数。

NMOS LDO：

• 高频 PSRR 通常更优秀

适用于：

• 射频电路

• PLL

• 时钟系统

PMOS LDO：

• 低频性能较好

• 高频 PSRR 相对较弱

7. 稳定性与补偿难度

PMOS LDO：

• 系统补偿相对容易

• 稳定性设计简单

因此很多传统 LDO 都采用 PMOS。

而 NMOS：

由于：

• 多了升压环路

• 驱动更复杂

稳定性设计难度更高。

五、NMOS 与 PMOS LDO 的优缺点总结