物聯網 (IoT) 是連接到互聯網的傳感器和設備網絡，用於與本地或云網關/服務器共享和交換數據和指令（圖 1）。物聯網傳感器是物聯網生態系統的重要組成部分，它們越來越多地使用無線技術來服務和連接所有類型的用例和特定位置的限制。這些傳感器收集實時數據並與網關共享，以轉發到基於雲的應用程序進行處理，從而在“邊緣”做出更好的決策或實現流程自動化。LoRaWAN®、蜂窩網絡、藍牙和 Wi-Fi 等無線通信協議有助於傳輸數據。 許多物聯網無線網絡與難以到達的區域中的數百個傳感器進行通信。無線傳感器的主要要求之一是以最少的維護收集準確的數據，並在現場使用少量電池供電數月甚至數年。在某些應用中，物聯網傳感器需要依靠電池運行數年，因為它們安裝在難以訪問的位置，例如地下。因此，尋找延長傳感器電池壽命的方法變得至關重要。使用 LDO（低壓降）穩壓器對這些低功耗傳感器進行電源管理可以有利於它們的創建，並有助於實現這些低功耗解決方案。
圖 1. IoT 傳感器和網關
LDO 基礎知識
LDO 是一種電壓調節器，通常用於調節電子電路中的電壓。LDO 專門將輸出電壓調節至僅略低於輸入電壓的值，通常為幾百毫伏的壓降。與其他穩壓器相比，LDO 可以在輸入和輸出之間的電壓差小得多的情況下工作。低至微小的壓降意味著 LDO 的功耗最小，並最大限度地提高負載功率，為傳感器電路提供乾淨、低噪聲的功率。同時，它可以對負載瞬態做出即時響應。超低靜態電流是 LDO 的另一個基本特性。在物聯網傳感器中，如圖 2 所示，LDO 在不同負載條件下為電路供電；當它收集數據時處於高負載狀態，而當它執行最少的活動或在睡眠模式下保持空閒時處於低負載至無負載狀態。低靜態電流意味著低負載或空載條件下的低功耗，這有助於延長傳感器電池的使用壽命。
圖 2. LDO 的應用
Semtech 的 IoT LDO 產品
Semtech 的nanoSmart® TS14002是一款非常適合物聯網傳感器的 LDO。它具有電源管理功能，有助於延長電池壽命，並且解決方案佔用空間很小。TS14002 的工作輸入電壓範圍為 2.5V 至 5.5V，可調節高達 150mA 的電流負載。它的超低靜態電流僅為 20nA（典型值），在禁用模式下僅為 100pA（典型值）。儘管靜態電流超低，TS14002 仍具有出色的電源抑制比 (PSRR)。
如圖 3 所示，TS14002 的關鍵元件包括 P 溝道 MOSFET、控制 MOSFET 的誤差放大器、電壓基準和控制塊。P溝道MOSFET的源極連接至輸入電壓。反饋網絡感測輸出電壓，誤差放大器將其與參考電壓進行比較。假設輸出電流增加，輸出電壓下降，柵極電壓相對於源極電壓降低。P溝道MOSFET的導通電平增加，輸出電壓上升至之前的電壓。這就是 TS14002 調節輸出電壓的方式。與 N 溝道 MOSFET 相比，P 溝道 MOSFET 更適合作為傳輸元件。如果使用 N 溝道 MOSFET 作為傳輸晶體管，通常需要電荷泵電路。電荷泵電路在工作期間會產生噪聲。噪聲會通過內部電路到達 LDO 的輸出，從而增加噪聲水平。由於採用 P 溝道 MOSFET 作為傳輸晶體管，TS14002 具有極低的輸出噪聲。微弱的噪聲輸出使 TS14002 非常適合傳感器應用，因為在惡劣環境下可以從這些傳感器獲得更準確的輸出。
圖 3. TS14002 框圖
TS14002 提供 10 種固定輸出電壓，範圍從 1.2V 到 4.2V。自定義值也可在 1.2V 至 4.2V 之間以 100mV 增量提供。TS14002 採用微型 8 引腳 DFN 封裝，標稱尺寸為 2 x 2mm，如圖 4 所示，當輸出電壓為 3V 時，TS14002 在 40mA 負載電流下可提供 100mV 的壓差電壓。TS14002 的其他功能包括精確的輸出調節和過流保護。直流負載調節範圍為 0.02mA 至 150mA，輸出電流為 1%（典型值）。TS14002 的工作溫度範圍為 -40 至 85°C。
圖 4. TS14002 封裝（DFN-8 2x2mm）
TS14002的主要規格：
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輸入電壓範圍：2.5V至5.5V
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輸出電壓範圍：1.2V/1.5V/1.8B/2.4V/2.5V/2.7V/2.8V/3.0V/3.1V/3.3V/3.6V
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靜態電流：20nA（典型值）
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輸出電流：150mA（最大）
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輸出旁路電容：2.2uF（典型值）
從可穿戴設備到公共事業，物聯網傳感器的數量和復雜性在廣泛的細分市場中迅速增加。功能強大的線性穩壓器對於有效管理電源和延長這些設備的電池壽命變得至關重要。Semtech 的低功耗 LDO 旨在為各種物聯網傳感器和模塊供電，具有出色的效率和淺靜態電流。要了解有關 Semtech 電源產品的更多信息，請訪問我們的網站。