葉盛　張婕

摘 要 低壓差線性穩(wěn)壓電路（即 LDO，Low Dropout Regulator）以其電路簡單，噪聲低及功耗低等優(yōu)點，在電源管理領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本文對基于低壓差線性穩(wěn)壓電路領(lǐng)域發(fā)展的專利申請趨勢、專利申請產(chǎn)出國和專利申請人分布進行了統(tǒng)計分析，并針對重點專利發(fā)展技術(shù)的低噪聲、高電源抑制比技術(shù)，瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)以及無片外電容技術(shù)的三大主要技術(shù)分支，對其技術(shù)手段的實現(xiàn)以及技術(shù)方向的發(fā)展脈絡(luò)進行了統(tǒng)計分析。

關(guān)鍵詞 低壓差線性穩(wěn)壓 低噪聲 電源抑制比 瞬態(tài)響應(yīng) 無電容

中圖分類號：TN43 文獻標識碼：A

0引言

自上世紀80年代低壓差線性穩(wěn)壓器出現(xiàn)以來，低壓差線性穩(wěn)壓器從最開始的雙極型器件的改進開始，逐步向CMOS器件型發(fā)展。隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的 LDO 逐漸不能滿足業(yè)界對芯片噪聲、效率、瞬態(tài)特性等性能要求。因此，高性能 LDO 依然是電源管理電路研究的熱點。

1基于低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)的整體分析

基于前期資料收集，綜合運用專利分析與產(chǎn)業(yè)研究的方法，從專利統(tǒng)計定量分析的角度出發(fā)，以專利申請數(shù)量為切入點，通過選取專利發(fā)展趨勢、區(qū)域分布情況、重點申請人以及重點技術(shù)分支進行了深入分析與研究。

1.1全球?qū)＠暾埩口厔?/p>

圖1：全球?qū)＠暾埧偭侩S年份變化的趨勢圖

上圖所示為1985年起低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)全球?qū)＠暾埧偭侩S年份變化的趨勢。由圖可知，從1985年至1999年處于該項技術(shù)研發(fā)的萌芽期，從2000年開始到2008年，申請量開始迅速增加，總體呈現(xiàn)快速發(fā)展。根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)起步相對比較晚，這主要受制于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路的快速發(fā)展，低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)也越來越發(fā)達，并且隨著近幾年便攜式智能終端技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)的研究也越來越重視，對該技術(shù)的研發(fā)將保持持續(xù)的熱度，該領(lǐng)域的專利申請量也將繼續(xù)保持穩(wěn)步增長的狀態(tài)。

1.2中國專利申請量趨勢

圖2：中國專利申請總量隨年份變化的趨勢圖

對中國專利申請的分析可知（如圖2），最早的專利申請出現(xiàn)在2002年，說明該項技術(shù)在中國的起源比較晚，但是從2005年起，專利申請量逐步呈現(xiàn)出快速地增長的態(tài)勢。說明我國在該項領(lǐng)域中同樣非常重視，且具備較大的研發(fā)力度。

1.3專利申請產(chǎn)出國分布

圖3：全球?qū)＠暾埉a(chǎn)出國分析

專利申請產(chǎn)出國一般是指一項技術(shù)的原創(chuàng)技術(shù)國，一般而言，一個國家擁有的原創(chuàng)技術(shù)越多，說明其在該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)能力和技術(shù)實力越強。通過對VEN中檢索到的專利文獻產(chǎn)出國進行統(tǒng)計分析，排名靠前的國家依次為美國、中國、臺灣、歐洲、日本和韓國，這在一定程度體現(xiàn)了低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)的發(fā)展情況，美國該項技術(shù)的研究較早，相應(yīng)專利的申請也較多，中國申請人對該項技術(shù)研究雖然起步較晚，但是近十幾年來有大量的相關(guān)高校和企業(yè)對此進行研究。

1.4在華主要申請人分析

專利申請產(chǎn)出國一般是指一項技術(shù)的原創(chuàng)技術(shù)國，一般而言，一個國家擁有的原創(chuàng)技術(shù)越多，說明其在該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)能力和技術(shù)實力越強。通過對VEN中檢索到的專利文獻產(chǎn)出國進行統(tǒng)計分析，排名靠前的國家依次為美國、中國、臺灣、歐洲、日本和韓國，這在一定程度體現(xiàn)了低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)的發(fā)展情況，美國該項技術(shù)的研究較早，相應(yīng)專利的申請也較多，中國申請人對該項技術(shù)研究雖然起步較晚，但是近十幾年來有大量的相關(guān)高校和企業(yè)對此進行研究。經(jīng)過對在華申請的主要申請人的分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然國內(nèi)的電子科技大學(xué)在該領(lǐng)域有一定研究，在該領(lǐng)域申請專利還是以國外申請人居多，尤其是在2011年以前，低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)相應(yīng)的專利申請都是以國外申請人為主。

2重點技術(shù)分析

低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)自發(fā)展以來，主要有兩個大的方面的改變，簡單的說，一個方面是初期涉及負載調(diào)整管的改進，另一個方面則是中后期對低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)整體性能的改進。跳幀管改進經(jīng)歷了NPN達林頓管到晶體管再到MOSFET管的改進，其性能總結(jié)如表1所示：

表4.1：三種類型負載調(diào)整管的低壓差線性穩(wěn)壓器的性能總結(jié)

在技術(shù)發(fā)展的中后期，主要為用MOSFET作為負載調(diào)整管的低壓差線性穩(wěn)壓器，且具有輸入輸出壓差極低，靜態(tài)工作電流極小，以及電源效率很高等特點。同時中后期主要集中為對整個電路性能的改進。低噪聲、高電源抑制比技術(shù)，瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)以及無片外電容技術(shù)的三大主要熱點研究的技術(shù)分支。對于低噪聲、高電源抑制比技術(shù)，由于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入依賴于其輸入電源，因而實現(xiàn)具有高電源抑制比和提高噪聲抑制能力的低壓差線性穩(wěn)壓器是一直以來的研究重點；對于瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)的研究，則是在低功耗要求的今天，對用電設(shè)備快“喚醒”能力的一大重要指標；而無片外電容技術(shù)直接決定用電設(shè)備的體積大小，它是便攜式用電設(shè)備發(fā)展的今天一項必不可或缺的研究熱點。

下面就將對上述基于低壓差線性穩(wěn)壓器的三大技術(shù)分支作簡要專利申請統(tǒng)計與技術(shù)內(nèi)容分析。

2.1全球?qū)＠暾堉饕夹g(shù)分支的申請量趨勢圖

根據(jù)附圖5分析可知，上述三項技術(shù)的專利申請時間都較晚，這主要和半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展密不可分。首先，半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)展制約了低壓差線性穩(wěn)壓器技術(shù)中對負載調(diào)整管的選擇；其次，集成電路技術(shù)的高集成度、高抗干擾能力的發(fā)展也對低壓差線性穩(wěn)壓器技術(shù)的瞬態(tài)響應(yīng)研究及無電容結(jié)構(gòu)的研究有一定制約。綜合低壓差線性穩(wěn)壓器的這三大技術(shù)發(fā)展趨勢圖可以看出，基于低壓差線性穩(wěn)壓器技術(shù)的發(fā)展主要是適應(yīng)社會需求，即需要一項對便攜式電子產(chǎn)品供電更穩(wěn)定、響應(yīng)更快速以及電路結(jié)構(gòu)更小的供電設(shè)備。

2.2在華專利申請主要技術(shù)分支的申請量趨勢圖

在上述三項技術(shù)中，低噪聲、高PSRR技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)的較早，其中基于低噪聲、高PSRR技術(shù)的低壓差線性穩(wěn)壓器的研究在2005年就有專利公開，而基于瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)的低壓差線性穩(wěn)壓器研究在2006年也有公開，對于無電容結(jié)構(gòu)的低壓差線性穩(wěn)壓器技術(shù)的研究公開年份相對較晚，為2009年。三項技術(shù)的研究總體上而言都處于一個快速發(fā)展的趨勢，尤其從2012年起，三項技術(shù)的研究都呈現(xiàn)出一種高速發(fā)展的姿態(tài)，由此可知，對于上述技術(shù)的低壓差線性穩(wěn)壓器的研究也必將是未來多少年的一項研究重點。

3總結(jié)

通過對低壓差穩(wěn)壓電路的專利技術(shù)分析以及基于該電路結(jié)構(gòu)的重點性能改進方向分析可知，低壓差穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)由于其具備電路簡單，噪聲低及功耗低等優(yōu)點，非常適用于現(xiàn)有電源管理領(lǐng)域。無論從全球?qū)＠暾埛治鲞€是從在華專利申請分析，其都呈現(xiàn)出逐年遞增的研究態(tài)勢。進一步對低壓差穩(wěn)壓電路性能改進的幾大方向分析可知，各性能改進方向也在半導(dǎo)體技術(shù)飛速發(fā)展的近些年來呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，并且各自從不同切入點有效、快速進行技術(shù)研究和專利布局。

但是，通過在華申請的申請人分析我們可以得知，除了四川省的電子科技大學(xué)在該領(lǐng)域有一定研發(fā)實力外，在該領(lǐng)域申請專利還是以國外申請人居多，而且國內(nèi)高校申請主要體現(xiàn)為基于課題研究的專利申請較多，真正實現(xiàn)專利技術(shù)量產(chǎn)化和市場化的行為較少。國內(nèi)企業(yè)及研發(fā)機構(gòu)如若對該領(lǐng)域有研發(fā)熱情，可以重點從技術(shù)包圍、技術(shù)融合以及產(chǎn)學(xué)研合作等角度重點開展，提升自身競爭力，有效和國外知名芯片公司競爭。

參考文獻

[1] 賴凡.低壓差電壓調(diào)節(jié)器發(fā)展動態(tài)[J].微電子學(xué)，2009.

[2] 畢查德？拉扎維著.模擬CMOS集成電路設(shè)計[M]：陳貴燦等譯.西安：西安交通大學(xué)出版社，2002.

[3] 鄒志革，鄒雪城等.無電容型 LDO 的研究現(xiàn)狀與進展[J].微電子學(xué)，2009.

[4] 曹會賓.低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）淺談[J].電子工程專輯，2006.

[5] S. K. Hoon， et al. A Low Noise， High Power Supply Rejection Low Dropout Regulator for Wireless System-on-Chip Applications[C]. IEEE Custom Integrated Circuits Conference，2005.

[6] Bang S. Lee， Understanding the Terms and Definitions of LDO Voltage Regulators. Texas Instrument Application Report， 1999.

[7] Wang Fengge， Wang Xuewen， Yu Lei， Zhao Wu. The Analysis and Research of a High-Stability and High-Accuracy VLDO[C] .Electrical and Control Engineering （ICECE）， 2010.

[8] Quan Zhou ， Shuxu Guo ， Qiang Li， et al. A fully on-chip LDO regulator with a novel PSRR boosting circuit[C]. IEEE International Conference on Solid-State and Integrated Circuit Technology （ICSICT）， 2012.