高性能LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)

摘要：為了解決電力載波通信系統(tǒng)中LDO供電模塊常用單芯片而導(dǎo)致板上成本及面積增加的問(wèn)題。文中將LDO集成進(jìn)系統(tǒng)芯片來(lái)為數(shù)字及模擬模塊分別供電，同時(shí)采用平滑極點(diǎn)跟隨技術(shù)來(lái)解決負(fù)載電流變化時(shí)芯片穩(wěn)定問(wèn)題，該方法可使PSRR在低頻下達(dá)到63 dB，并能以IP方式在其他應(yīng)用中使用。

　　0引言

　　電源管理系統(tǒng)己成為當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一個(gè)熱點(diǎn)，也是一個(gè)必不可缺的技術(shù)。沒(méi)有電源管理，許多市場(chǎng)都將不存在。電源管理可使移動(dòng)電話、筆記本電腦、遙控電視、可靠的電話服務(wù)等許多市場(chǎng)成為現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)如今，電子產(chǎn)品己普及到工作與生活的各個(gè)方面，其性能價(jià)格比愈來(lái)愈高，功能愈來(lái)愈強(qiáng)，而供電的電源電路在整機(jī)電路中也是越來(lái)越重要。

　　電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)、產(chǎn)品的特性組合、元件的選擇、軟件的設(shè)計(jì)和功率分配架構(gòu)等。在不同的電流負(fù)載下，如何保證LDO的穩(wěn)定性，對(duì)LDO的設(shè)計(jì)是一個(gè)挑戰(zhàn)。為此本文提出了一種LDO，并采用平滑極點(diǎn)跟隨技術(shù)來(lái)解決不同電流負(fù)載下的極點(diǎn)偏移所導(dǎo)致的穩(wěn)定性問(wèn)題，從而提高了PSRR。同時(shí)，其過(guò)壓保護(hù)電路也較好的防止了LDO輸出供電電壓過(guò)大的問(wèn)題。

　　1 電路設(shè)計(jì)

　　圖1所示是本設(shè)計(jì)中LDO的電路結(jié)構(gòu)。本LDO的基本結(jié)構(gòu)由4級(jí)構(gòu)成，主要利用誤差放大器A1、電壓放大器A2、電壓緩沖器A3、電壓調(diào)整管MPl和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的負(fù)反饋環(huán)路來(lái)維持VOUT的穩(wěn)定。米勒電容C1用來(lái)為電路進(jìn)行頻率補(bǔ)償，第二級(jí)與第三級(jí)的帶寬要大，以便保證LDO處在穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)也應(yīng)保證在較寬的頻帶下調(diào)整管的輸出電阻維持不變
，以便得到較好的電源抑制性能。若將A2、A3、A4簡(jiǎn)化成一個(gè)，這樣，一個(gè)兩級(jí)米勒補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器的LDO增益帶寬即可表示成：

　　式中，gm1是A1的跨導(dǎo)。由上式可以看到，增益帶寬不隨負(fù)載電容的變化而改變。其主極點(diǎn)P1可以表示成：

　　Rol是A1的輸出電阻，類似于兩級(jí)米勒補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)放。一般都希望合并后的第二級(jí)放大器是一個(gè)單極點(diǎn)系統(tǒng)，由于米勒補(bǔ)償引入的極點(diǎn)分離，次級(jí)點(diǎn)P2可近似表示成：

　　式中，是的跨導(dǎo)，gm4是A4的跨導(dǎo)。為了讓次級(jí)點(diǎn)一直在輸出節(jié)點(diǎn)，第二級(jí)和第三級(jí)的輸出極點(diǎn)必須推到一個(gè)比次級(jí)點(diǎn)大很多的很高的頻率上。為了保證其穩(wěn)定性，次級(jí)點(diǎn)需要保持在輸出節(jié)點(diǎn)。