关于脉象采集仪的LDO应用

品慧电子讯笔者设计的一款外包项目—— 一个脉象采集仪的LDO应用。LDO能最大限度地节省系统电源的布线面积。关于LDO，其实在选择及使用的时候有很多考究。

笔者设计的手持式脉象采集仪，所用的传感器为脉搏传感器（测量原理为光在血红细胞中的通量转换为电信号），外接一块OLED，外设还使用到了串口线。系统采用单节锂电池供电，电压范围为3.8V至4.2V，模拟量和数字量电源分开，数字部分采用3.3V供电，模拟部分电源采用2.8V供电，MCU的模拟供电也用2.8V供电。

无论模拟部分还是数字部分，输入输出压差都很小，同时模拟部分供电电压比较低，因此需要采用线性度较高，纹波小的高性能LDO芯片。因此笔者选择了理光的LDO电源芯片，型号为RX5RE。这一系列的LDO非常适用于低功耗场合，首先它的静态漏电流非常小；其次，和普通的1117系列的LDO相比纹波要小很多，并且输出的电压值每差0.1V就有对应的芯片款式；第三，它的封装为SOT-89，这样的一款小封装芯片有效地减少了布线的面积，在手持式设备的狭小空间里，能够留出更多灵活的布线区域。另外除了适用于低功耗场合，它也同样适用于对采样精度要求高、对驱动电流有一定要求的应用中。

RX5RE的内部结构框图如下图所示，是经典的LDO电路模型。其中PMOS拥有极低的压差，相比之下内部的静态损耗能变得更小。

图1：理光LDO RX5RE内部原理图

这款芯片的优点还在于有很多后缀型号，稳压电压精度非常高。由于笔者的模拟部分的电源需要2.8V供电，数字部分需要3.3V供电，因此笔者在第一版设计的时候，选择了RX5RE28A和RX5RE33A两款。其中后缀中的28A和33A分别表示输出的电压值为2.8V和3.3V。值得注意的是，当压差较小的时候，输出的电流最大值也会随之减小。至于其原理可以从LDO的原理中分析出来。

笔者在芯片选型的时候，无意间看到了这么一张电路图图片：

图2：电压调整电路

调整公式为：

其中Vreg为芯片的默认输出电压，Iss为芯片静态漏电流（笔者在计算的时候取1uA）。这个电路能够微调输出电压，笔者尝试了一下，这样便可以用输出为2.8V的芯片输出3.3V了。其中R1和R2的分压电阻可以设置为：700K，100K。考虑到这两颗电阻和芯片内部的分压电阻串并联关系，因此，分压电阻数量级一定要大。不然稳出的电压会有偏差。但笔者为了省略这两颗电阻，节约能节约的成本，还是用了两块后缀不同的LDO芯片。

LDO本身的电压输出非常稳定，由于笔者ADC采样为10位，在手指未放入传感器时，电压值几乎保持在3/1024以内跳动。所以笔者默认这款LDO能达0.3%以下的精度。下图便是笔者关于LDO给模拟部分供电后的心率采样波形。红色为一阶低通滤波前的波形，黄色为低通滤波后的波形。对实时性要求不高的系统来说，这样的模拟量波形已经能够满足项目的需求。

图3：脉搏传感器采样波形