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高性能LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2010-11-18 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  對(duì)于一個(gè)內(nèi)部米勒補(bǔ)償?shù)母咴鲆嫦到y(tǒng),米勒補(bǔ)償能夠更好地在較大的負(fù)載電容范圍內(nèi)控制其穩(wěn)定性,同時(shí),它也會(huì)提供一個(gè)更好的瞬態(tài)響應(yīng)。因?yàn)槊桌针娙菪纬傻囊粋€(gè)高頻負(fù)反饋能直接耦合到輸出,而高增益能夠得到較好的直流及負(fù)載調(diào)制。不過(guò)測(cè)試結(jié)果顯示,在負(fù)載電流大幅度變化時(shí)會(huì)有50 mV左右的調(diào)整。這是因?yàn)橹绷髫?fù)載調(diào)制的性能被bonding wire的寄生電容所限制,直流的IR壓降通過(guò)寄生電容會(huì)直接惡化直流負(fù)載調(diào)制。

  的輸出電流要求從0到全負(fù)載(本設(shè)計(jì)為100mA),因此gm4也會(huì)隨負(fù)載電流而變化,導(dǎo)致次級(jí)點(diǎn)P2也會(huì)隨著負(fù)載電流的變化而變化。設(shè)計(jì)時(shí)可用平滑極點(diǎn)技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,對(duì)于R和MP2串聯(lián)組成的電路,它能動(dòng)態(tài)的根據(jù)負(fù)載電流的變化來(lái)進(jìn)行偏置。在大負(fù)載電流狀況下,R和MP2能夠偏置更大的電流以展寬電路帶寬,同時(shí)降低輸出電阻以適應(yīng)次級(jí)點(diǎn)P2被推到更高的頻率下。在小負(fù)載電流狀態(tài)下,P2在較低的頻率,并將R和MP2偏置在更窄的帶寬和更大的電阻以保證其穩(wěn)定性。靜態(tài)偏置電流要盡量小,以保證電路的低功耗。

  調(diào)整管的柵極可設(shè)計(jì)成對(duì)地電阻明顯大于對(duì)VDD的電阻,以使得調(diào)整管的柵極能夠跟隨的變化,從而得到更好的抑制性。為了產(chǎn)生一個(gè)較小的對(duì)VDD的電阻,可用R和M串聯(lián)接在柵極與VDD之間。如果的負(fù)載電流很小,那么,調(diào)整管將工作在弱反或亞閾值區(qū),因此,MP的Vcs小于Vth,由于MP和MP的Vcs是相等的,MP被關(guān)掉。在這種情況下,R由前級(jí)電路的N管偏置。當(dāng)LDO的負(fù)載電流很大時(shí),調(diào)整管的Vcs增加,MP打開(kāi),并以一個(gè)很小的電阻開(kāi)啟與R串聯(lián),此時(shí)MP表現(xiàn)為一個(gè)。此時(shí)調(diào)整管柵極對(duì)VDD的電阻會(huì)極大地減小,同時(shí)前級(jí)偏置電流增加,帶寬也會(huì)增加。從環(huán)路穩(wěn)定性來(lái)說(shuō),它允許LDO通過(guò)動(dòng)態(tài)的改變調(diào)整管柵極處的帶寬和電阻來(lái)適應(yīng)負(fù)載電流的改變,從而較好地提高電路的瞬態(tài)響應(yīng)。

  2 過(guò)壓保護(hù)

  當(dāng)LDO的輸出電壓高于一定數(shù)值時(shí),過(guò)壓保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)啟動(dòng),并對(duì)電源電壓進(jìn)行調(diào)整;而當(dāng)電源電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí),保護(hù)電路又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。圖2為過(guò)壓保護(hù)電路結(jié)構(gòu)。需要注意的是,保護(hù)電路的調(diào)整管需要對(duì)大電流進(jìn)行泄放,因而需要在版圖上對(duì)其進(jìn)行特殊處理。


  3 仿真結(jié)果

 


  4 結(jié)束語(yǔ)

  當(dāng)負(fù)載電流從O到100 mA時(shí),本設(shè)計(jì)的LDO瞬態(tài)特性電壓紋波在50 mV以下,調(diào)整時(shí)間在20μs左右,同時(shí),LDO的PSRR在低頻時(shí)可達(dá)到63d-B,100 kHz時(shí)有35 dB,完全可以滿足系統(tǒng)要求。



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