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一种高效稳定的LDO线性稳压器设计

发布日期:2017-10-18 来源: 本网 查看次数: 9852 

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  传统的LDO线性稳压器在负载电流增大或输出电容的等效串联电阻发生变化时经?银河总站|在线登录;嵊龅轿榷ㄐ员洳畹奈侍庖幼苷緗在线登录银河总站|在线登录。针对这个问题银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,本文阐述了一种准确且稳定的4.2V转为2.5V输出的LDO线性稳压器的设计银河总站|在线登录银河总站|在线登录,该设计能够有效解决LDO线形稳压器环路系统的稳定问题以及其他一些诸如失调和噪声的问题。

  2系统框架显示了本设计的整体系统框图,采用PMOS型功率传输管架构银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  流置路电fe电这是因为PMOS线性稳压器具有比开关稳压器更小的输出噪声和输出纹波银河总站|在线登录银河总站|在线登录,比NMOS稳压器更低的差电压银河总站|在线登录银河总站|在线登录。整个系统包括误差放大器银河总站|在线登录,高电流效率缓冲电路(可以改善电流效率和环路稳定性)银河总站|在线登录,带隙基准源以及其修正电阻网络(用于修正由于内部电阻失调而造成的基准电压偏差)银河总站|在线登录,热关断?;さ缏?,限流?;さ缏泛推玫缌鞯缏芬幼苷緗在线登录银河总站|在线登录。根据运放闭环系统银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,可得到输出为2.1频率补偿改进传统LDO线性稳压器的主要问题就是当负载电流增加时输出端极点的位置会被推向更高的频率银河总站|在线登录,而其他极点基本保持不变银河总站|在线登录,造成系统稳定性变差,并且也会限制在控制环路稳定情况下的*大负载电流银河总站|在线登录。为了解决这个问题,在设计中应用了一种改进型密勒补偿和高电流效率的缓冲电路银河总站|在线登录。

  如所示误差放大器由NMOS晶体管Mn1 -Mp5组成,采用了共源共栅结构以获得更高的环路增益银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,从而得到良好的负载调整率银河总站|在线登录、线性调整率和高电源抑制比。

  本设计环路系统的具体电路实现图而晶体管Mn6 -Mp11组成高电流效率的缓冲电路银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。它能够检测到流经PMOS功率传输管的输出电流并按照一定的比率将电流反馈到稳压器的转换速率限制端银河总站|在线登录银河总站|在线登录。在高负载电流的情况下银河总站|在线登录,输出负载电流信号会被电路检测而使反馈电流Ib增大。从而流过源跟随器的电流也会被增大银河总站|在线登录银河总站|在线登录,这样所增加的电流能使源跟随器的输出阻抗大大减小银河总站|在线登录,从而使其输出端的寄生极点推向更高的频率。

  另外,将补偿电容的B端接在输出级的输出端,另一端A接在**级中共栅放大器Mn4中的源端银河总站|在线登录。从**级放大的输出端D往A点看就像是加入了一个源跟随器银河总站|在线登录,从而阻止了B点到**级输出端D点的前馈电流,消除了右半平面零点的影响并有效改善了稳定性银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  2.2带隙基准源传统带隙基准源有关输出噪声的主要问题就是两个PN结之间的电压差AVEB必须要乘以一个倍乘系数M银河总站|在线登录银河总站|在线登录,从而实现温度系数的一阶补偿银河总站|在线登录银河总站|在线登录。但是两个PN结之间的电压差AVEB的噪声也会被乘以一个同样的倍乘系数M银河总站|在线登录,这势必会导致带隙基准的输出噪声存在一个所不期望出现的增加值。在本设计中银河总站|在线登录,运用一种随机噪声的基本概念来实现比传统带隙基准更低的输出噪声银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录。这个概念的原理就是用几个AVEB电压的求和来替代将AVEB电压乘以一个倍乘系数0.利用这种方法银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,输出噪声的结果可以表示为发射极-基极电压的内部噪声银河总站|在线登录银河总站|在线登录;Vn――AVEB电压的内部噪声银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录;M补偿温度系数所需要的增益因数银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  显示了本设计中低噪声拓扑结构的带隙基准源的具体电路银河总站|在线登录。它包括了启动电路银河总站|在线登录银河总站|在线登录、偏置电流电路银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录、AVEB电压产生电路以及一个低通滤波器。为了改进电路中CMOS放大器的性能,我们利用斩波稳定放大器63来减小放大器的1/f噪声和失调电压银河总站|在线登录,*终可得到的基准电压为1.2V. 2.3热关断币幼苷緗在线登录;さ缏啡缢?银河总站|在线登录,双极型晶体管的发射极基极电压与VT产生器的输出电压分别具有负和正的温度系数。由于两个比较器的输入电压Vd,Vd都与温度成正比银河总站|在线登录银河总站|在线登录,两个比较器的输出电压则允许通过适当地设置温度T=T.时的电压值Vd(T)和匕⑴以及Mi与化的值,分别从温度到  因此,Pd作为开/关LDO线性稳压器的控制信号银河总站|在线登录,可防止LDO稳压器长时间工作在极高温度的状态下银河总站|在线登录。

  热关断币幼苷緗在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录;さ缏返墓δ芸蛞幼苷緗在线登录。4限流币幼苷緗在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录;さ缏啡缢疽幼苷緗在线登录银河总站|在线登录,电流检测电路可以瞬时地检测流经功率传输管的输出电流并且以一定的比率系数1/K将输出电流信号反馈回来银河总站|在线登录。随着输出电流的增大银河总站|在线登录银河总站|在线登录,反馈电流Ifb也会随之增大。一旦输出电流接近*大负载电流时银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,比较器正端的电压便会大于Vrf而使比较器输出为高,从而使NMOS管Mn1导通。接着PMOS管Mn2也会因为偏置的导通而开启银河总站|在线登录银河总站|在线登录,于是功率传输管的栅端电压被Mn2管拉到高银河总站|在线登录,继而被关断。

  3版图与后仿结果平台下米用TSMC-0.35m-2P3M的CMOS混合信号工艺进行版图设计和后仿真银河总站|在线登录。版图如所示,版图在通过DRC和LVS验证后在芯片输入电源电压为4. 2V银河总站|在线登录,外接的输出电容为2.2F,其等效串联电阻ESR值为0.0m的条件下对系统进行后仿真。仿真波形如银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

  系统版图可见银河总站|在线登录银河总站|在线登录,整个电压稳压器可以驱动的输出负载电流大于300mA银河总站|在线登录,且当负载电流由0突变到300mA时银河总站|在线登录银河总站|在线登录银河总站|在线登录,稳压器输出电压的*大变化小于60mV.电源电压抑制比在10kHz时仍能达到60dB以上银河总站|在线登录。

  4结束语通过后仿真结果可看出整个系统的稳定性几乎不随着负载电流的增加而减少,对于低ESR的输出电容也能保持稳定,在负载与输入电压突然变化时依然能够保持稳定输出而不会发生振荡银河总站|在线登录,达到了本设计目的银河总站|在线登录银河总站|在线登录。但仍然有许多不足之处有待完善银河总站|在线登录银河总站|在线登录,例如:如何使稳压器在更小的输出电容下保持稳定输出银河总站|在线登录银河总站|在线登录;如何在保持大功率的输出能力的时又能有效缩减芯片尺寸大小等问题银河总站|在线登录银河总站|在线登录。

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