高穩(wěn)定性快速瞬態(tài)響應片上集成LDO的研究與設計.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)響應等優(yōu)點廣泛應用于電子設備中。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。而去除外接電容后的設計難點在于LDO在全負載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和負載瞬態(tài)響應性能。
　　本文以LDO的高穩(wěn)定性和快速瞬態(tài)響應特性為研究重點，

2、通過公式推導分析了三級結構的片上集成LDO頻率特性以及嵌套米勒補償(Nested Miller Compensation，NMC)原理及其穩(wěn)定條件。設計了一種基于改進的增強型AB跟隨器的LDO電路，將增強型AB跟隨器改為動態(tài)偏置電流電路，加快瞬態(tài)響應，并利用嵌套米勒補償保證負載電流大于100μA時有大于60°的相位裕度。設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設計為共軛復極點，合理設計緩沖

3、級的增益和輸出電阻可將這兩個次極點設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)增強的原理進行分析總結得出，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)增強電路，其通過RC電路檢測輸出電壓在負載跳變時的過沖或下沖，將其放大并轉換為脈沖電流，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進行仿真驗證，設計的基于增強型AB跟隨器的LDO

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