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1、一種極低靜態(tài)電流LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)-電氣論文一種極低靜態(tài)電流LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)楊學(xué)碩，陸鐵軍，宗宇（北京微電子技術(shù)研究所，北京100076）摘要：在此設(shè)計(jì)一個(gè)具有560nA靜態(tài)電流、150mA驅(qū)動(dòng)能力的低壓差線性穩(wěn)壓器。該LDO采用TSMC0.18μm混合信號(hào)CMOS工藝，輸出電壓是3.3V，輸入電壓為3.5~5V。低靜態(tài)電流LDO電路的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是頻率補(bǔ)償和瞬態(tài)響應(yīng)，這里通過引入一個(gè)帶有負(fù)反饋的動(dòng)態(tài)偏置緩沖器，不僅保證了系統(tǒng)在空載到滿載整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，還極大地改善了低靜態(tài)電流LDO的瞬態(tài)響應(yīng)問題。仿真結(jié)果表明，全負(fù)載范圍內(nèi)相位裕度最小為65.8°，
2、同時(shí)最大的瞬態(tài)響應(yīng)偏差小于10mV。關(guān)鍵詞：LDO；低靜態(tài)電流；頻率補(bǔ)償；瞬態(tài)響應(yīng)中圖分類號(hào)：TN43?34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004?373X（2015）20?0125?04收稿日期：2015?04?08Designofultra?lowquiescentcurrentLDOYANGXueshuo，LUTiejun，ZONGYu（BeijingMicroelectronicsTechnologyInstitute，Beijing100076，China）Abstract：Alowdropoutregulator（LDO）withquiescentcurre
3、ntof560nAanddrivecapabilityof150mAwasdesigned.TheTSMC0.18ummixed?signalCMOStechnologyisadoptedinLDO，whoseoutputvoltageis3.3Vandinputvoltageis3.5~5V.ThedesigndifficultiesofLDOcircuitwithlowquiescentcurrentarefrequencycompensationandtransientresponse.Adynamic?biasingbufferwithnegativefe
4、edbackisintroducedtoensurethestabilityinallloadconditionsofthesystem，andimprovethetransientresponseoflowquiescentcurrentLDO.Thesimulationresultsshowthattheminimumphasemargininallloadcondi?tionsis65.8°，andthemaximumdeviationoftransientresponseislessthan10mV.Keywords：LDO；low?quiescentcu
5、rrent；frequencycompensation；transientresponse0引言隨著智能手機(jī)、PDA、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品在日常生活中的普及，LDO線性穩(wěn)壓器因低噪聲、低功耗、高電源抑制比、線路成本低等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于便攜式電子設(shè)備而言，續(xù)航時(shí)間是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，因此需要降低電路的靜態(tài)電流從而增加電池的使用時(shí)間。在CMOS電路中，LDO大部分時(shí)間都工作在低負(fù)載情況下，所以輕載下的靜態(tài)電流消耗在一定程度上決定著電池的壽命。但是，低靜態(tài)電流會(huì)導(dǎo)致誤差放大器的擺率降低，使瞬態(tài)響應(yīng)變差，同時(shí)會(huì)增加頻率補(bǔ)償?shù)碾y度，所以必須在功耗和瞬態(tài)響
6、應(yīng)之間做合理的折中。本文針對(duì)上述問題，提出了一種低靜態(tài)電流LDO的方案，該LDO在空載情況下僅消耗560nA的電流，并能夠驅(qū)動(dòng)150mA的負(fù)載。該電路的創(chuàng)新點(diǎn)在于誤差放大器的設(shè)計(jì)和頻率補(bǔ)償?？蛰d時(shí)誤差放大器工作在淺飽和區(qū)，在不使用大的倒比管的情況下，僅需很小的靜態(tài)電流，就可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和直流增益，并配合改進(jìn)的極點(diǎn)?極點(diǎn)追蹤的頻率補(bǔ)償，使得LDO在全負(fù)載范圍內(nèi)都能保持穩(wěn)定。由于負(fù)載電容的加入，即使空載時(shí)靜態(tài)電流很小，電路在從滿載向空載跳變，空載向滿載跳變時(shí)，過（欠）沖電壓都不會(huì)很大。1電路設(shè)計(jì)由于MOS管的等效輸出阻抗ro隨漏源電流IDS的減小而增大，并且MOS管
7、的跨導(dǎo)gm隨著漏源電流IDS的減小而減小，因此無論是差分放大器、共源級(jí)放大器還是源跟隨器，它們的等效輸出阻抗都隨偏置電流的減小而增大。所以在低靜態(tài)電流LDO中，受到誤差放大器尾電流的限制，無法將放大器的極點(diǎn)推到較高的頻率上；而且輸出極點(diǎn)隨負(fù)載電流的增大而增大，大概有6個(gè)量級(jí)的變化，因此低靜態(tài)電流LDO的一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)是：全負(fù)載范圍內(nèi)的系統(tǒng)穩(wěn)定性[1]。同時(shí)尾電流的限制會(huì)使得放大器的擺率降低，所以低功耗LDO的另外一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)是：瞬態(tài)響應(yīng)。本文通過引入一個(gè)帶負(fù)反饋的動(dòng)態(tài)偏置緩沖器，不僅解決了LDO頻率補(bǔ)償難的問題，更極大地改善了LDO的瞬態(tài)響應(yīng)。1.1緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)對(duì)于
8、一般的LD
