由於DSP的核心電壓越來越低，大多數已經降低至1.5V以下，使得包括手機在內的可攜式產品使用電壓愈來愈低，對於非常低壓差穩壓器(VLDO)的需求也逐漸顯現...
由於DSP的核心電壓越來越低，大多數已經降低至1.5V以下，使得包括手機在內的可攜式產品使用電壓愈來愈低，對於非常低壓差穩壓器(VLDO)的需求也逐漸顯現。而使用高效率的降壓轉換器使電池電壓降低，再利用VLDO供電給低電壓數位LSI IC，在低電壓軌間的轉換效率通常可達到約80～90%。
對於電池運作的可攜式產品，有一個逐漸顯現的趨勢，那就是對於非常低壓差穩壓器(Very Low Dropout Regulator，VLDO)的需求。這些元件通常被定義為線性穩壓器，具備輸入電壓低至1V，及於100mA輸出電流時，典型壓差可低於200mV。隨著DSP的核心電壓降至1.5V(並且越來越低)的應用逐漸普及，從低電源軌供電的需求因而變得相當具有吸引力。
舉例來說，以圖1的手機塊狀圖而言，手機主要電源軌通常是3.3V，而目前的新式手機以使用1.5V主要電源軌的設計，則變得越來越普遍。原因很清楚，因為目前絕大多數的數位超大型積體電路(VLSI)IC的工作電壓為1.5V或更低，同質性的例子還包括基頻晶片組，需要的電壓是1.375V，而應用DSP(提供視訊處理)則只需要1.2V。
很明顯的，基於空間、效率及成本的壓力而直接以負載點(point-of-load, POL)DC/DC轉換方式，將一般為3.6V的鋰電池輸出電壓降到這些較低的電壓，是不切實際的。因此，設計者轉而選擇採用一個兩階段轉換方法，他們使用一個高效率的降壓轉換器以使鋰電池電壓降至1.5V，之後，依照這個1.5V主電源軌，便能輕易的使用VLDO穩壓器，以供電給低電壓數位LSI IC。以大多數情況而言，這是可能的，因為操作電流極小，而事實上低電壓軌間的轉換效率約在80至90%之間。
例如，從1.5V降壓至1.375V以驅動一個基頻晶片組核心的效率為91.7%。而另一個使用這些VLDO的強制性原因，是許多工作中的數位IC對雜訊具有相當的敏感性，因此，來自這些穩壓器的輸出漣波必須低於1mVP-P。很明顯地，使用者可輕易的使用VLDO作為後穩壓器來形成一個降壓切換穩壓器，進一步確保低漣波。
較低的電源轉換效率會產生熱，這些熱來自能源轉換過程在穩壓器上功率的散失。在手機中，並沒有風扇或吸熱器裝置用以散熱，只有一個密集的封裝印刷電路板及一個電池，因此沒有任何可以散熱的路徑，而這些熱等同降低了電池壽命，並且對產品可靠性具有負面的影響。
功率的計算是以輸出功率除以輸入功率，或換個方式說，即為進入負載點的功率除以輸入功率。請注意輸入電壓及電流，必須在DC至DC轉換器的任何外部元件之前的節點處被測量。同樣地，輸出電壓及電流，則必須在任何DC至DC轉換器的外部組件後被測量。
基於電源轉換過程中所產生熱的結果，業者正重新思考穩壓器型式的選擇。基於較高的效率操作，製造商會捨棄線性低壓差穩壓器，而接受切換穩壓器，當主要電源軌為3.3V時，這樣做是有意義的。然而，當新設計導入1.5V電源軌後，則另當別論。
表1標示可以符合手機內電源轉換需求的不同類型電壓穩壓器的優點及缺點，一共包含三個選擇：線性低壓差穩壓器、無電感切換穩壓器(充電幫浦)及傳統式切換穩壓器(具電感需求)。
線性低壓差穩壓器被公認是穩壓器最簡單的格式，基於其本質為DC電壓轉換，也就是無切換，因此只能完成將輸入電壓調降的降壓操作，其最具顯著的缺點，是在於熱管理方面。基於其轉換效率可用輸出電壓除以輸入電壓的比率來近似，例如考量一個LDO，可從一般3.6V的單一鋰電池，當工作在200mA時提供一個1.8V的輸出電壓以驅動一個影像處理器(圖1)，此時轉換效率只有50%，因此在手機內產生熱點，並降低電池續航力；然而，這只在輸入與輸出電壓存著較大差異時才會發生，差異較小時就非如此，例如從1.5V降至1.2V時，效率將提高為80%。
當輸入及輸出間的電壓差異高時，切換穩壓器可巧妙避開所有線性穩壓器的效率缺點。藉由低電阻切換及一個磁性儲存部件，所展現的效率可高達96%，因此能徹底減少在轉換過程中的功率損失，藉由操作於比2MHz大的高切換頻率，外部電容及電感體積能被大量地縮小，切換穩壓器的缺點是相當輕微的，通常能以良好的設計技術予以克服。
但若使用1.5V主要電源軌，並且需要壓降至1.2V以驅動一個DSP核心時，會發生什麼情況呢？在此位準，一個切換穩壓器將無法提供任何好處。事實上，切換穩壓器是無法被使用在從1.5V調降至1.2V的情況，因其不論是開啟或關閉電晶體，都無法完全利用MOSFET。此外，因其壓差通常大於700mV，使得一個標準的LDO也無法完成任務。理想的解決方案是使用一個輸入電壓範圍趨近1V的非常低壓差穩壓器，其壓差少於300mV並且內部參考趨近0.5V，如此VLDO將能輕易的從1.5V降壓至1.2V，並且以80%的效率進行，由於在此電壓的功率層級通常介於100mA間，因此24mW的功率散失是可接受的。
很明顯地，以上敘述的應用所使用的VLDO，都需要一個低輸入電壓、輸出電壓及壓差，此外，由於可攜式無線元件通常是藉由電池供電，VLDO也必須能自我保護以免除逆向輸入及逆向輸出電壓的破壞。最後，它也能夠與低ESR(等效串聯電阻)電容搭配操作、擁有絕佳的線性及負載穩壓及快速的瞬變響應。
即使對寬廣範圍的輸出電容，VLDO的設計皆有相當穩定性，但為了尺寸及成本考量，它也應該針對低ESR陶瓷電容來使設計最佳化。然而，一個輸出電容的ESR是會影響穩定性的，這在小電容上格外明顯。因此，確保正確準位的電容及ESR值是相當重要的。更複雜地說，在低電壓元件(例如在VLDO)，其輸出負載瞬變響應是輸出電容的函數，較大的輸出電容減少了峰值誤差，並針對較大負載電流的變化提供更佳的瞬變響應。
因此，當使用陶瓷電容時，更需額外的關注，製造商採用多樣的絕緣體製造陶瓷電容，每一個都在不同的溫度及外加電壓具有不同的行為。最普遍的絕緣體是Z5U、Y5V、X5R及X7R。其中，Z5U及Y5V絕緣體在小型封裝、低成本的條件下提供高C-V乘積，但卻具有很強的電壓與溫度係數。X5R及X7R絕緣體則具較穩定的特徵，並較適合作為輸出電容，雖然成本會小幅增加。X5R及X7R絕緣體都具備絕佳的電壓特徵，X7R電容能工作於較大的溫度範圍，並顯現較佳的溫度穩定性，而X5R則較經濟，並有更高電容值供選擇。
電壓及溫度係數並不是問題的單一來源，陶瓷電容具有一個壓電的響應，當受到機械壓力時，一個壓電元件可在其端點產生電壓，這類似一個壓電加速器及麥克風運作的原理，對於陶瓷電容而言，此一壓力能因系統中的震動或熱轉換而被誘發，因此所產生的電壓將引起可觀的輸出雜訊(圖2)。
很幸運地，有許多類比IC製造商能生產此類VLDO，其中一個例子是由Linear Technology所生產的LT3021。LT3021是一個非常低壓差線性穩壓器，能操作在低至0.9V的輸入供應範圍，提供500mA的輸出電流此元件以典型160mV的壓差(圖3)。
此穩壓器搭配低至3.3μF ESR的陶瓷輸出電容，提供最佳化的穩定性及瞬變響應，最後，內部的保護電路包含逆向池電池保護、電流限制、有遲滯的過熱限制，及逆向電流保護等。Linear Technology的另一個VLDO為LTC1844及LT3020。LTC1844為一150mA、微功率、低雜訊的VLDO線性穩壓器。具有一個1.6V至6.5V的寬廣輸入電壓範圍及非常低的低壓差操作–於50mA時為30mV及於150mA為90mV，即使工作在低壓差時，供應電流也只有35μA。從10Hz至100kHz雜訊只有30μVrms，在各種溫度、電壓、電流範圍中均擁有1.75%電壓精準度。LT3020是一個100mA、低電壓的8接腳3mm×3mm DFN封裝VLDO線性穩壓器，當輸出電壓降至200mV時，其輸入電壓低於1V，壓差典型為155mV，輸出電流額定為100mA。