高性能片內(nèi)集成CMOS線性穩(wěn)壓器設(shè)計

上述等式描述了微分器的理想效果和準米勒補償。通過假設(shè)CfRzGmfR1GmpRout>>CoutRout1+CGR1，可以簡化零極點的位置。從而得到：

正如我們所希望的，差分器可以分離功率管的輸入極點和輸出極點，但它并不引入右半平面的零點。而高頻耦合回路增益GmfRz則可保證兩個極點足夠遠并使得線性穩(wěn)壓源的工作穩(wěn)定。
圖3所示是一個完整的小信號電路模型，該模型將差分器修改為晶體管模型應(yīng)用。它增加了一個二級差分運放級GmE。補償電路由微分器(Cf，Rf和Gmf1)和附加跨倒運放Gmf2來增加反饋增益，從而得到更大的等效電容Cf,eff(≈Gmf2RfCf)。這個反饋環(huán)路中還包括反饋電阻Rf1、Rf2及其寄生效應(yīng)。但是，微分器在Vx和Vr點分別引入了寄生極點ωPD1和ωPD2，從而影響了整個環(huán)路的交流穩(wěn)定性，所以，設(shè)計時應(yīng)外推這兩個寄生極點，以使系統(tǒng)環(huán)路保持穩(wěn)定。

分析復(fù)雜電路的零極點時，可先確定主極點為功率管柵極點Vg，其在很低的頻率下。次極點為輸出節(jié)點Vout。其它的寄生零極點包括微分器引入的極點和功率管Cgd引入的零點等。把這些零極點外推到環(huán)路帶寬5~10倍頻以外，可以得到較好的相位裕度。

2 晶體管級電路設(shè)計
晶體管級電路如圖4所示。圖中，三級電流鏡運算跨導(dǎo)放大器M0-M3和ME構(gòu)成差分運放。

三級米勒電流跨導(dǎo)運算放大器的內(nèi)部節(jié)點為低阻抗，從而將各寄生極點高于環(huán)路單位增益帶寬的部分外推到高頻范圍。將差分運放的寄生極點外推到環(huán)路帶寬3倍以上的頻率范圍，可以降低寄生極點對穩(wěn)壓器的性能影響。微分器可以補償負載輸出的瞬態(tài)響應(yīng)，其反饋輸入結(jié)點為Mgmfl，是微分轉(zhuǎn)化器的第一級運放，也是非常關(guān)鍵的結(jié)點。一般需要足夠的增益來驅(qū)動微分電容，以把產(chǎn)生的極點ωPD1和ωPD2外推到更高的頻率，但是也會產(chǎn)生很小的寄生電容。因此，在瞬態(tài)響應(yīng)和環(huán)路穩(wěn)定性上的折衷是一個相當困難問題。Rf可在輸出電流瞬態(tài)變化時，把流過電容Cf的電流轉(zhuǎn)化為電壓，并對Mf1和Mf2管進行直流偏置，另外還可降低微分器的輸入阻抗，從而外推其相關(guān)極點ωPD1至環(huán)路增益帶寬之外。微分轉(zhuǎn)化器可通過晶體管Mf2和M4與差分運放結(jié)合起來。以便通過增加補償電容Cf3來提高交流穩(wěn)定性，利用Cf3的米勒效應(yīng)可以把微分器的輸入極點外推的更高頻率范圍。