低功耗、耐高溫的線性穩(wěn)壓器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn).pdf

1、DC/DC變換器已廣泛應(yīng)用于移動電子系統(tǒng)中，如移動通信終端、便攜式電腦、PDA等。LDO(LowDropout)線性穩(wěn)壓器屬于DC/DC變換器中的降壓變換器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、低噪聲、低功耗及較小的封裝尺寸等突出優(yōu)點(diǎn)，另外它的外圍器件也很少，通常只有1～2個外接電容。 電源轉(zhuǎn)換效率是LDO線性穩(wěn)壓器的一個重要指標(biāo)。它的電源轉(zhuǎn)換效率定義為：η=I0V0×/(I0+Iq)VI100％，式中I0是輸出電流，V0為輸出電壓，Iq

2、為靜態(tài)工作電流，VI為輸入電壓。要提高效率，必須降低輸入輸出壓差VDropout和靜態(tài)電流Iq。一般的設(shè)計中靜態(tài)電流的典型值為40～100μA，壓差為200～400mV。目前市面上的LDO產(chǎn)品，通常的轉(zhuǎn)換效率僅可以達(dá)到65％～75％。然而，在便攜電子產(chǎn)品中，豐富的功能對功耗的要求與電池的使用時間之間的矛盾越來越突出，這就要求電源具有極高的轉(zhuǎn)換效率。 同時，LDO工作的溫度范圍一般為-20～80℃，但在一些應(yīng)用，如汽車電子、環(huán)境探

3、測中，要求LDO在更寬的溫度范圍內(nèi)(-40～120℃)都能穩(wěn)定地為電子系統(tǒng)提供電源。雖然在LDO芯片內(nèi)部有過熱保護(hù)模塊(Thermal)，可以確保芯片在溫度達(dá)到上限時，自行關(guān)斷。然而，在高溫的條件下(未達(dá)到溫度上限時)，也要確保LDO芯片內(nèi)部，尤其是誤差放大器模塊(ErrorAmplifier)不會誤關(guān)斷。這便要求芯片內(nèi)部的軟啟動電路能夠確保高溫時電路仍能正常工作，不應(yīng)該誤關(guān)斷誤差放大器。 另外，穩(wěn)定性也是LDO的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)

4、的LDO采用輸出電容上的等效串聯(lián)電阻(EquivalentSeriesResistance，ESR)來產(chǎn)生零點(diǎn)與調(diào)整管柵極上的極點(diǎn)相互抵消的辦法使系統(tǒng)穩(wěn)定。通常，主極點(diǎn)在輸出極點(diǎn)，它會隨著不同的負(fù)載情況而變化。所以，頻率響應(yīng)在一個固定的負(fù)載電流條件下有一個最優(yōu)化的值，這也使得線性穩(wěn)壓器的負(fù)載電流被限制在很小的范圍內(nèi)。另外，ESR容易受環(huán)境如溫度、電源電壓等的影響而會限制穩(wěn)壓器的性能。 因此，針對上述提出的性能指標(biāo)，本文采用工作在

5、亞閾值區(qū)的全CMOS技術(shù)，設(shè)計了一種最小可產(chǎn)生30nA低溫漂電流的偏置電路來為LDO提供偏置電流，芯片的轉(zhuǎn)換效率最終可達(dá)到85％，達(dá)到了降低靜態(tài)電流，提高轉(zhuǎn)換效率的目的； 同時，一種新穎的高溫漏電流補(bǔ)償技術(shù)～在電流鏡部分加入了工作在反向偏置狀態(tài)的電流補(bǔ)償管，對軟啟動電路進(jìn)行了溫度補(bǔ)償設(shè)計，使電路能在-40～120℃的范圍內(nèi)仍能正常工作，從而確保了芯片的溫度特性； 另外，采用了全新的動態(tài)頻率補(bǔ)償技術(shù)——在米勒補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，