0.25μm CMOS工艺的无外部电容LDO线性稳压器设计

本文档深入探讨了一种基于0.25微米CMOS工艺的全集成型LDO（Low-Dropout Voltage Regulator）线性稳压器的设计。这种低功耗电路旨在解决便携式电子设备中系统集成度提高所带来的模拟电路与数字电路之间的干扰问题。传统的LDO设计通常依赖于负载电容的ESR（Equivalent Series Resistance）进行频率补偿，但全集成型设计限制了外部电容的使用，因此如何实现无外部电容、稳定且响应快速的LDO成为关键挑战。 电路设计的核心在于采用电阻电容反馈网络在LDO输出端引入零点，这相当于在电路中引入了一个额外的极点来补偿误差放大器的输出极点。这种方法避免了因补偿输出极点所需的大电容或复杂的补偿电路，简化了电路结构，降低了芯片占用面积，并消除了对外部电容器的需求。 通过Spectre仿真，研究显示该电路在2.5V的工作电压下，即使负载电流从1mA变化至满载100mA，也能保持良好的电源抑制比，大约为78dB。此外，相位裕度超过40°，确保了在宽频带内的稳定性能。LDO和带隙电压源的总静态电流仅为390μA，体现出低功耗的特点。 文章的引言部分强调了全集成LDO在SoC（System-on-a-Chip）中的重要性，它能为系统内各个模块提供独立的供电，降低噪声，减少干扰，并优化信号传输。作者还提及了传统的LDO设计面临的挑战，即如何在不使用外部电容的情况下保证稳定性，DFC（Damping Factor Control Compensation）和零点补偿技术在此发挥了重要作用。 后续部分详细介绍了LDO的基本原理，包括误差放大器、缓冲器、调整管等组件的作用，以及如何通过微分器等手段来分离输入和输出极点，从而实现无外部电容的频率补偿。这样的设计不仅提高了电路的稳定性和响应速度，还符合现代电子设备对小型化、低功耗的要求，是全集成型LDO发展的一个重要突破。