3、电源树设计：LDO vs DCDC，电源轨的划分与效率分析

电源树设计，说白了就是给板子上每个芯片、每个模块「喂电」。

我见过太多工程师，原理图画得飞起，结果一上电，某个模块纹波太大直接复位，或者电池续航短得离谱。嗯，这往往就是电源树没规划好。

今天咱们就聊聊LDO和DCDC怎么选，电源轨怎么切，效率怎么算。

3.1 LDO vs DCDC：到底选哪个？

这个问题，几乎每个项目都会遇到。我的建议是：别纠结，先看压差和电流。

LDO（低压差线性稳压器）

LDO的原理很简单——把多余的电压「烧掉」。所以它效率不高，但胜在干净。

• 优点：输出纹波极小，噪声低，电路简单，外围只需两个电容。
• 缺点：效率约等于 Vout/Vin，压差越大效率越低，且只能降压。
• 适用场景：模拟电路、射频前端、传感器供电，或者小电流（<100mA）场合。

DCDC（开关稳压器）

DCDC靠电感储能，通过开关切换来转换电压。效率高，但噪声也大。

• 优点：效率可达85%~95%，可升压可降压，适合大电流。
• 缺点：纹波大，EMI问题多，外围器件多（电感、电容、反馈电阻）。
• 适用场景：数字核心供电、大电流总线、电池供电系统的主电源轨。

3.2 电源轨的划分：怎么切才合理？

电源轨划分，说白了就是决定「谁跟谁共用一个电源」。我个人的习惯是：按功耗和噪声敏感度来分。

常见的划分原则

1. 数字与模拟分离：数字电路噪声大，模拟电路怕噪声。必须分轨供电。
2. 大电流与小电流分离：大电流轨（如CPU核心1.2V/2A）用DCDC，小电流轨（如RTC 3.3V/10μA）用LDO。
3. 常电与开关电分离：需要一直供电的（如RTC、唤醒逻辑）用常电轨，其他用开关轨，待机时关掉。

电源轨	电压	最大电流	供电方式	说明
VDD_CORE	1.2V	2A	DCDC	主控核心供电，效率优先
VDD_IO	3.3V	500mA	DCDC	数字IO、存储、外设
VDD_ANA	3.3V	50mA	LDO	模拟电路、ADC参考
VDD_RTC	3.0V	10μA	LDO	常电，待机时保持

你看，这样一划分，每个轨的负载特性就很清晰了。选型时也更有针对性。

3.3 效率分析：别只看标称值

很多工程师选DCDC时只看数据手册上的最高效率——比如95%。但实际用起来，可能连80%都不到。为什么会这样？

效率的真相

DCDC的效率曲线是「山峰」形状的。在中等负载（比如额定电流的30%~70%）时效率最高，轻载和重载时都会下降。

• 轻载效率低：开关损耗、静态电流占比大。
• 重载效率低：导通损耗、电感饱和损耗增加。

LDO的效率计算

LDO的效率公式很简单：η = Vout / Vin × 100%。

举个例子：输入5V，输出3.3V，效率就是3.3/5 = 66%。那33%的能量就变成热量散掉了。所以LDO不适合大压差、大电流的场景。

3.4 实战建议：一个典型的电源树设计

假设我们做一个低功耗物联网终端，电池供电（3.7V锂电），主控是STM32U5，带NB-IoT模组和几个传感器。

电池 (3.7V)
├── DCDC (3.3V/1A) → 主控IO、传感器供电
│   └── LDO (1.8V/100mA) → 主控模拟部分、ADC
├── DCDC (3.8V/500mA) → NB-IoT模组（升压，因为模组需要3.8V）
└── LDO (3.0V/10μA) → RTC、唤醒逻辑（常电）

这个设计里，我做了几个关键决策：

1. NB-IoT模组单独用DCDC升压，因为它发射时电流大（瞬间可达500mA），而且对噪声不敏感。
2. 主控的模拟部分用LDO二次稳压，确保ADC采样精度。
3. RTC用超低功耗LDO，虽然效率低，但电流极小，总损耗可以忽略。

3.5 总结

电源树设计没有标准答案，但有原则可循：

• 大电流、大压差 → DCDC
• 小电流、低噪声 → LDO
• 数字模拟要分离
• 效率要看实际负载点

你想想看，如果一开始就把电源树规划好，后面调试能省多少事？

嗯，今天就聊到这儿。下一章咱们讲讲「低功耗模式切换与唤醒策略」，到时候我会分享一个我踩过的坑——待机电流死活降不下来，最后发现是GPIO没配置好。