一种两级误差放大器结构的一种两级误差放大器结构的LDO设计设计
基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种两级误差放大器结构的LDO稳压器。该电路运用两级误差放大器串
联方式来改善LDO的瞬态响应性能,采用米勒频率补偿方式提高其稳定性。两级放大器中主放大器运用标准的
折叠式共源共栅放大器,决定了电路的主要性能参数;第二级使用带有AB类输出的快速放大器,用来监控LDO
输出电压的变化,以快速地响应此变化。电路仿真结果显示:在电源电压为5 V时,输出为1.8 V,输出电压的温
度系数为10×10-6/℃;当电源电压从4.5 V到5.5 V变化时,线性瞬态跳变为48 mV;当负载电流从0 mA到60 mA
变化时,负载瞬态跳变为5 mV。且环路的相位裕度为74°,整个电路的静态电流为37 μA。该电路结构的瞬态跳
变电压值远小于其他电路结构,且能实现低功耗供电。
近年来,随着电子产品的日益复杂化和多样化,对稳压电源的要求不断提高,促使稳压电源向高稳定性、高集成度和
当LDO的电源电压或负载有一个快速的变化时,输出电压会有一个短暂的尖峰脉冲,此尖峰脉冲会导致大多数的电路工作
不稳定,因此,改善电路的瞬态性能十分重要[3]。传统的LDO结构中,电路多使用单级误差放大器,这种结构从输出电压发
生变化到反馈给误差放大器做出调整有一定的迟滞,导致输出产生尖峰脉冲。为了减小迟滞时间、改善瞬态性能,设计了一种
采用米勒补偿的
1 工作原理与性能分析工作原理与性能分析
图1为传统的LDO结构,主要由带隙基准源、误差放大器、功率调整管和反馈网络等四部分组成。基准源给误差放大器提供
一个基准电压,电阻反馈网络将输出电压分压后反馈给误差放大器,放大器将基准电压和反馈电压比较后的差值进行放大后输
出作为调整管的栅极电压,改变调整管的电流,进而调整输出电压,使输出电压保持恒定。输出电压的表达式为
VOUT=VREF(1+Rf1/Rf2),当基准电压确定后,输出只与反馈电阻有关系。因此,可通过改变反馈电阻的比值来改变输出电
压的大小,实现多值输出。
传统的LDO结构采用ESR(Equivalent Series Resistance)补偿,CL是输出端外接的大电容,RESR为串联等效电阻,利用
CL与RESR产生的零点对电路中的第一非主极点进行补偿,使电路达到稳定[4]。这种补偿方式需要电容和电阻的取值在一定
的范围内才能使环路稳定。而电阻值容易受到环境温度和工艺等因素的影响,所以补偿不精确,环路稳定性较差[5]。且补偿
电容需大面积片外电容,使得芯片面积较大,不能满足高集成度的要求。
本设计针对传统结构的诸多缺点做了有效的改进。如图2所示,设计了一种两级误差放大器结构的LDO线性稳压器。主放大
器A1是标准的折叠式共源共栅放大器,这种结构使电源抑制特性和输入共模范围得到改进[6],它决定了LDO的主要性能参
数,用来确保LDO的良好性能;放大器A2是一个快速放大器,其结构如图3所示,只有增益级和一个AB类输出级,主要对
LDO输出电压进行监控,AB类放大器可缩短充电时间[7],以快速响应瞬变,进而进行调节。
评论0