分析如何提高低靜態(tài)電流LDO的負載瞬變響應性能

　　但圖3所示的這種方法還是不能妥善解決穩(wěn)定性問題。對于具有微小靜態(tài)電流的LDO來說，其偏置電流Ib也很小。而射極跟隨器的極點與誤差放大器A1的極點靠得很近。此外，這種方法將射極跟隨器用作了緩沖器，因此可以快速地關閉傳遞器件MP，但另一方面，電路的導通時間也由于小電流Ib而受到限制。

　　這種結(jié)構(gòu)的另一個缺點是由于主放大器和緩沖器是串聯(lián)的，所以延遲時間將由電路中速度較慢的部件來決定。

　　在結(jié)構(gòu)[3]中，LDO采用了兩個放大器，分別是誤差放大器A1和電流反饋放大器A2，如圖4所示。電流反饋放大器具有第二級反饋環(huán)路，可加速LDO的響應。但是該放大器的輸入阻抗很小，會降低誤差放大器A1的增益下降，從而對LDO的主要參數(shù)帶來負面影響。

　　圖4：帶復合反饋回路的LDO。

　　電流反饋放大器具有AB類輸出級，但此類放大器的負載能力取決于輸入電流。然而，低靜態(tài)電流的LDO一般要求較大的Rf1、Rf2和RC電阻值，這又限制了放大器A2的輸入電流。這意味著最大輸出電流不會超過幾微安，因此無法實現(xiàn)對功率晶體管的寄生電容進行快速充電。

　　推薦的改進方法和電路結(jié)構(gòu)

　　前文已經(jīng)對不同的LDO負載瞬變性能改進方案進行了分析。盡管采用兩個運算放大器驅(qū)動傳遞器件似乎是最好的一個方法，但是通過上述分析仍可以發(fā)現(xiàn)若干缺點。本節(jié)將討論一種可以消除或減弱這些缺點的結(jié)構(gòu)。

　　在改進的結(jié)構(gòu)中，具有高增益和低帶寬的運算跨導放大器(OTA)被用作主要的誤差放大器。而這個放大器決定了LDO的主要性能參數(shù)。第二個放大器也是基于OTA，但具有相對較小的增益和較大的帶寬，主要用于監(jiān)測LDO的輸出。兩個放大器的輸出并聯(lián)在一起，推薦結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　圖5：兩個誤差放大器并聯(lián)在一起的LDO結(jié)構(gòu)。

　　主誤差放大器A1為一款標準的兩級放大器，用于確保LDO的良好性能。由于A1并不是用來快速驅(qū)動功率晶體管MP的，因此可以采用A類輸出級。反饋電阻Rf1和 Rf2決定了LDO輸出電壓的大小。

　　第二個放大器具有高帶寬和AB類輸出級，可對功率晶體管的寄生電容快速充電。放大器A2的輸出連接到放大器A1的輸出和功率晶體管MP的柵極。

　　LDO輸出連接到A2的同相輸入端和低通濾波器RC，而低通濾波器的輸出則連接到放大器A2的輸入。這種連接方式在穩(wěn)態(tài)情況下將在A2的輸入間產(chǎn)生零電壓，從而使LDO的參數(shù)不受放大器A2的影響。在LDO的輸出負載快速變化時，如果低通濾波器的時間常數(shù)大于負載瞬變變化的時間，那么A2的反相輸入端將不會發(fā)生電壓變化。A2的同相輸入跟隨LDO的輸出電壓，并開始對變化作出補償。由于放大器A1的帶寬很窄，因此它會明顯滯后一段時間才作出反應。經(jīng)過稍長于低通濾波器時間常數(shù)的一段時間后，A2再次進入穩(wěn)態(tài)，且不會對LDO的參數(shù)造成影響。圖6所示為運算跨導放大器A2的結(jié)構(gòu)。圖中只有一個增益級和AB類輸出級。帶寬由偏置電流Ib確定。

　　圖6：具有一個增益級的AB類放大器。

　　圖7所示為推薦LDO結(jié)構(gòu)的AC分析。圖7(a)為推薦LDO結(jié)構(gòu)的簡化原理圖，圖7(b)是從圖7(a)轉(zhuǎn)化而來的簡化傳遞函數(shù)的等效框圖。這樣就可以建立推薦LDO運行的幅度響應，如圖7(c)所示。在低頻情況下，LDO的運行主要由主放大器A1決定。但在較高的頻率下，由于出現(xiàn)了負載瞬變，因此LDO的運行便改由快速放大器A2來決定。由于RC濾波器能夠隔離并聯(lián)放大器A1和A2的運行，因此他們不會在同一時間工作。

　　圖7：推薦LDO穩(wěn)壓器的AC分析 (a) 簡化原理圖 (b) 等效框圖 (c) 幅度響應。