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，在電源管理領域獲得廣泛應用。本文對基于低壓差線性穩(wěn)壓電路領域發(fā)展的專利申請趨勢、專利申請產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)展技術的低噪聲、高電源抑制比技術，瞬態(tài)響應技術以及無片外電容技術的三大主要技術分支，對其技術手段的實現(xiàn)以及技術方向的發(fā)展脈絡進行了統(tǒng)計分析。

關鍵詞 低壓差線性穩(wěn)壓 低噪聲 電源抑制比 瞬態(tài)響應 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)壓技術的整體分析

基于前期資料收集，綜合運用專利分析與產業(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分支進行了深入分析與研究。

1.1全球專利申請量趨勢

圖1：全球專利申請總量隨年份變化的趨勢圖

上圖所示為1985年起低壓差線性穩(wěn)壓技術全球專利申請總量隨年份變化的趨勢。由圖可知，從1985年至1999年處于該項技術研發(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)壓技術起步相對比較晚，這主要受制于半導體技術的發(fā)展。但是隨著經濟的發(fā)展，尤其是半導體技術、集成電路的快速發(fā)展，低壓差線性穩(wěn)壓技術也越來越發(fā)達，并且隨著近幾年便攜式智能終端技術的飛速發(fā)展，人們對低壓差線性穩(wěn)壓技術的研究也越來越重視，對該技術的研發(fā)將保持持續(xù)的熱度，該領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專利申請產出國分布

圖3：全球專利申請產出國分析

專利申請產出國一般是指一項技術的原創(chuàng)技術國，一般而言，一個國家擁有的原創(chuàng)技術越多，說明其在該技術領域的研發(fā)能力和技術實力越強。通過對VEN中檢索到的專利文獻產出國進行統(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)壓技術的發(fā)展情況，美國該項技術的研究較早，相應專利的申請也較多，中國申請人對該項技術研究雖然起步較晚，但是近十幾年來有大量的相關高校和企業(yè)對此進行研究。

1.4在華主要申請人分析

專利申請產出國一般是指一項技術的原創(chuàng)技術國，一般而言，一個國家擁有的原創(chuàng)技術越多，說明其在該技術領域的研發(fā)能力和技術實力越強。通過對VEN中檢索到的專利文獻產出國進行統(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)壓技術的發(fā)展情況，美國該項技術的研究較早，相應專利的申請也較多，中國申請人對該項技術研究雖然起步較晚，但是近十幾年來有大量的相關高校和企業(yè)對此進行研究。經過對在華申請的主要申請人的分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然國內的電子科技大學在該領域有一定研究，在該領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)壓技術相應的專利申請都是以國外申請人為主。

2重點技術分析

低壓差線性穩(wěn)壓技術自發(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)壓技術整體性能的改進。跳幀管改進經歷了NPN達林頓管到晶體管再到MOSFET管的改進，其性能總結如表1所示：

表4.1：三種類型負載調整管的低壓差線性穩(wěn)壓器的性能總結

在技術發(fā)展的中后期，主要為用MOSFET作為負載調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，瞬態(tài)響應技術以及無片外電容技術的三大主要熱點研究的技術分支。對于低噪聲、高電源抑制比技術，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)響應技術的研究，則是在低功耗要求的今天，對用電設備快“喚醒”能力的一大重要指標；而無片外電容技術直接決定用電設備的體積大小，它是便攜式用電設備發(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)壓器的三大技術分支作簡要專利申請統(tǒng)計與技術內容分析。

2.1全球專利申請主要技術分支的申請量趨勢圖

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

2.2在華專利申請主要技術分支的申請量趨勢圖

在上述三項技術中，低噪聲、高PSRR技術的發(fā)展出現(xiàn)的較早，其中基于低噪聲、高PSRR技術的低壓差線性穩(wěn)壓器的研究在2005年就有專利公開，而基于瞬態(tài)響應技術的低壓差線性穩(wěn)壓器研究在2006年也有公開，對于無電容結構的低壓差線性穩(wěn)壓器技術的研究公開年份相對較晚，為2009年。三項技術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

通過對低壓差穩(wěn)壓電路的專利技術分析以及基于該電路結構的重點性能改進方向分析可知，低壓差穩(wěn)壓電路結構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)有電源管理領域。無論從全球專利申請分析還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體技術飛速發(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在該領域有一定研發(fā)實力外，在該領域申請專利還是以國外申請人居多，而且國內高校申請主要體現(xiàn)為基于課題研究的專利申請較多，真正實現(xiàn)專利技術量產化和市場化的行為較少。國內企業(yè)及研發(fā)機構如若對該領域有研發(fā)熱情，可以重點從技術包圍、技術融合以及產學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.低壓差電壓調節(jié)器發(fā)展動態(tài)[J].微電子學，2009.

[2] 畢查德？拉扎維著.模擬CMOS集成電路設計[M]：陳貴燦等譯.西安：西安交通大學出版社，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，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.