高穩(wěn)定性快速瞬態(tài)響應(yīng)片上集成LDO的研究與設(shè)計.pdf

1、線性穩(wěn)壓器(LDO)作為電源管理IC中的重要一員，以其低成本、低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。LDO可分為有外接電容和無外接電容（片上集成）兩類。隨著SOC技術(shù)的發(fā)展，各種功能集成在一顆芯片上，LDO集成在芯片內(nèi)部可提升芯片的供電性能，節(jié)約成本。所以片上集成LDO是目前的研究熱點(diǎn)。而去除外接電容后的設(shè)計難點(diǎn)在于LDO在全負(fù)載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能。
　　本文以LDO的高穩(wěn)定性和快速瞬態(tài)響應(yīng)特性為研究重點(diǎn)，

2、通過公式推導(dǎo)分析了三級結(jié)構(gòu)的片上集成LDO頻率特性以及嵌套米勒補(bǔ)償(Nested Miller Compensation，NMC)原理及其穩(wěn)定條件。設(shè)計了一種基于改進(jìn)的增強(qiáng)型AB跟隨器的LDO電路，將增強(qiáng)型AB跟隨器改為動態(tài)偏置電流電路，加快瞬態(tài)響應(yīng)，并利用嵌套米勒補(bǔ)償保證負(fù)載電流大于100μA時有大于60°的相位裕度。設(shè)計了一種基于推挽電路的LDO，推挽電路具有正向增益的低輸出電阻，將第二級和第三級的極點(diǎn)設(shè)計為共軛復(fù)極點(diǎn)，合理設(shè)計緩沖

3、級的增益和輸出電阻可將這兩個次極點(diǎn)設(shè)計在單位增益帶寬之外，從而保證環(huán)路具有足夠的相位裕度。對片上集成LDO的瞬態(tài)增強(qiáng)的原理進(jìn)行分析總結(jié)得出，PMOS調(diào)整管柵極電壓的調(diào)整速度是影響LDO的瞬態(tài)性能的重要因素。因此本文提出了一種瞬態(tài)增強(qiáng)電路，其通過RC電路檢測輸出電壓在負(fù)載跳變時的過沖或下沖，將其放大并轉(zhuǎn)換為脈沖電流，對調(diào)整管柵極電容充電或放電，縮短調(diào)整過程，減小輸出電壓變化。使用HSPICE進(jìn)行仿真驗(yàn)證，設(shè)計的基于增強(qiáng)型AB跟隨器的LDO

4、電路，在負(fù)載電容為0～100pF范圍內(nèi)，負(fù)載電流在100μA～100mA內(nèi)相位裕度大于60°。當(dāng)負(fù)載電流以99mA/μs跳變，輸出電壓最大下沖70mV，最大過沖103mV，平均1.37μs恢復(fù)穩(wěn)定，靜態(tài)電流僅15μA?；谕仆祀娐返腖DO仿真結(jié)果表明，在負(fù)載電容為0～100pF內(nèi)，本LDO在全負(fù)載范圍內(nèi)都有大于60°的相位裕度。負(fù)載以99mA/μs跳變時，輸出電壓最大下沖51mV，最大過沖43mV，平均恢復(fù)時間1.28μs。靜態(tài)電流30