基于低压差线性稳压电路的专利技术综述

叶盛　张婕

摘 要 低压差线性稳压电路（即 LDO，Low Dropout Regulator）以其电路简单，噪声低及功耗低等优点，在电源管理领域获得广泛应用。本文对基于低压差线性稳压电路领域发展的专利申请趋势、专利申请产出国和专利申请人分布进行了统计分析，并针对重点专利发展技术的低噪声、高电源抑制比技术，瞬态响应技术以及无片外电容技术的三大主要技术分支，对其技术手段的实现以及技术方向的发展脉络进行了统计分析。

关键词 低压差线性稳压 低噪声 电源抑制比 瞬态响应 无电容

中图分类号：TN43 文献标识码：A

0引言

自上世纪80年代低压差线性稳压器出现以来，低压差线性稳压器从最开始的双极型器件的改进开始，逐步向CMOS器件型发展。随着现代电子工业的迅猛发展，传统的 LDO 逐渐不能满足业界对芯片噪声、效率、瞬态特性等性能要求。因此，高性能 LDO 依然是电源管理电路研究的热点。

1基于低压差线性稳压技术的整体分析

基于前期资料收集，综合运用专利分析与产业研究的方法，从专利统计定量分析的角度出发，以专利申请数量为切入点，通过选取专利发展趋势、区域分布情况、重点申请人以及重点技术分支进行了深入分析与研究。

1.1全球专利申请量趋势

图1：全球专利申请总量随年份变化的趋势图

上图所示为1985年起低压差线性稳压技术全球专利申请总量随年份变化的趋势。由图可知，从1985年至1999年处于该项技术研发的萌芽期，从2000年开始到2008年，申请量开始迅速增加，总体呈现快速发展。根据分析发现，低压差线性稳压技术起步相对比较晚，这主要受制于半导体技术的发展。但是随着经济的发展，尤其是半导体技术、集成电路的快速发展，低压差线性稳压技术也越来越发达，并且随着近几年便携式智能终端技术的飞速发展，人们对低压差线性稳压技术的研究也越来越重视，对该技术的研发将保持持续的热度，该领域的专利申请量也将继续保持稳步增长的状态。

1.2中国专利申请量趋势

图2：中国专利申请总量随年份变化的趋势图

对中国专利申请的分析可知（如图2），最早的专利申请出现在2002年，说明该项技术在中国的起源比较晚，但是从2005年起，专利申请量逐步呈现出快速地增长的态势。说明我国在该项领域中同样非常重视，且具备较大的研发力度。

1.3专利申请产出国分布

图3：全球专利申请产出国分析

专利申请产出国一般是指一项技术的原创技术国，一般而言，一个国家拥有的原创技术越多，说明其在该技术领域的研发能力和技术实力越强。通过对VEN中检索到的专利文献产出国进行统计分析，排名靠前的国家依次为美国、中国、台湾、欧洲、日本和韩国，这在一定程度体现了低压差线性稳压技术的发展情况，美国该项技术的研究较早，相应专利的申请也较多，中国申请人对该项技术研究虽然起步较晚，但是近十几年来有大量的相关高校和企业对此进行研究。

1.4在华主要申请人分析

专利申请产出国一般是指一项技术的原创技术国，一般而言，一个国家拥有的原创技术越多，说明其在该技术领域的研发能力和技术实力越强。通过对VEN中检索到的专利文献产出国进行统计分析，排名靠前的国家依次为美国、中国、台湾、欧洲、日本和韩国，这在一定程度体现了低压差线性稳压技术的发展情况，美国该项技术的研究较早，相应专利的申请也较多，中国申请人对该项技术研究虽然起步较晚，但是近十几年来有大量的相关高校和企业对此进行研究。经过对在华申请的主要申请人的分析可以发现，虽然国内的电子科技大学在该领域有一定研究，在该领域申请专利还是以国外申请人居多，尤其是在2011年以前，低压差线性稳压技术相应的专利申请都是以国外申请人为主。

2重点技术分析

低压差线性稳压技术自发展以来，主要有两个大的方面的改变，简单的说，一个方面是初期涉及负载调整管的改进，另一个方面则是中后期对低压差线性稳压技术整体性能的改进。跳帧管改进经历了NPN达林顿管到晶体管再到MOSFET管的改进，其性能总结如表1所示：

表4.1：三种类型负载调整管的低压差线性稳压器的性能总结

在技术发展的中后期，主要为用MOSFET作为负载调整管的低压差线性稳压器，且具有输入输出压差极低，静态工作电流极小，以及电源效率很高等特点。同时中后期主要集中为对整个电路性能的改进。低噪声、高电源抑制比技术，瞬态响应技术以及无片外电容技术的三大主要热点研究的技术分支。对于低噪声、高电源抑制比技术，由于低压差线性稳压器的输入依赖于其输入电源，因而实现具有高电源抑制比和提高噪声抑制能力的低压差线性稳压器是一直以来的研究重点；对于瞬态响应技术的研究，则是在低功耗要求的今天，对用电设备快“唤醒”能力的一大重要指标；而无片外电容技术直接决定用电设备的体积大小，它是便携式用电设备发展的今天一项必不可或缺的研究热点。

下面就将对上述基于低压差线性稳压器的三大技术分支作简要专利申请统计与技术内容分析。

2.1全球專利申请主要技术分支的申请量趋势图

根据附图5分析可知，上述三项技术的专利申请时间都较晚，这主要和半导体技术和集成电路技术的发展密不可分。首先，半导体开关器件的发展制约了低压差线性稳压器技术中对负载调整管的选择；其次，集成电路技术的高集成度、高抗干扰能力的发展也对低压差线性稳压器技术的瞬态响应研究及无电容结构的研究有一定制约。综合低压差线性稳压器的这三大技术发展趋势图可以看出，基于低压差线性稳压器技术的发展主要是适应社会需求，即需要一项对便携式电子产品供电更稳定、响应更快速以及电路结构更小的供电设备。

2.2在华专利申请主要技术分支的申请量趋势图

在上述三項技术中，低噪声、高PSRR技术的发展出现的较早，其中基于低噪声、高PSRR技术的低压差线性稳压器的研究在2005年就有专利公开，而基于瞬态响应技术的低压差线性稳压器研究在2006年也有公开，对于无电容结构的低压差线性稳压器技术的研究公开年份相对较晚，为2009年。三项技术的研究总体上而言都处于一个快速发展的趋势，尤其从2012年起，三项技术的研究都呈现出一种高速发展的姿态，由此可知，对于上述技术的低压差线性稳压器的研究也必将是未来多少年的一项研究重点。

3总结

通过对低压差稳压电路的专利技术分析以及基于该电路结构的重点性能改进方向分析可知，低压差稳压电路结构由于其具备电路简单，噪声低及功耗低等优点，非常适用于现有电源管理领域。无论从全球专利申请分析还是从在华专利申请分析，其都呈现出逐年递增的研究态势。进一步对低压差稳压电路性能改进的几大方向分析可知，各性能改进方向也在半导体技术飞速发展的近些年来呈现出快速发展的趋势，并且各自从不同切入点有效、快速进行技术研究和专利布局。

但是，通过在华申请的申请人分析我们可以得知，除了四川省的电子科技大学在该领域有一定研发实力外，在该领域申请专利还是以国外申请人居多，而且国内高校申请主要体现为基于课题研究的专利申请较多，真正实现专利技术量产化和市场化的行为较少。国内企业及研发机构如若对该领域有研发热情，可以重点从技术包围、技术融合以及产学研合作等角度重点开展，提升自身竞争力，有效和国外知名芯片公司竞争。

参考文献

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