一种高稳定性的无片外电容的LDO的设计
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2020-10-15
20:00:25
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一种高稳定性的无片外电容的一种高稳定性的无片外电容的LDO的设计的设计
考虑到LDO应用在无分立器件的情况下，针对在无片外电容和无片外电阻的情况下对LDO进行研究设计，在无
外接电容的情况下，LDO同样能够输出稳定电压，以应用在DC-DC转换器中为内部电路模块进行供电。并通过
调整LDO内部运算放大器结构以及对运算放大器进行米勒补偿来调整其零极点，同时在运算放大器内部进行电
源隔离的处理，可以显著提高其电源抑制比。最后利用华虹0.18 μm的BCD工艺进行仿真。仿真结果表明，此结
构具有高稳定性，可以输出稳定电压。
0 引言引言
如今，随着集成电路产业的迅速发展，芯片集成度也越来越高，同时为其供电的电源管理芯片的设计也愈发复杂
[1]
。目前主
流上有许多电源管理方案，而对于应用在降压场合，且输入电压与输出电压较为接近时，LDO稳压器则成为了首要选择
[2-3]
。
本文基于0.18 μm BCD工艺，设计一种应用在便携式电子产品中为其供电的高性能的LDO方案，该LDO的负载电容集成在芯
片内部，无需片外电容，可以在外部封装中减少一个管脚
[2]
；同时可以集成在SoC系统中，无需外接分立元件
[3-4]
。
1 LDO设计原理设计原理
本文研究的LDO设计原理如图1所示，主要包括带隙电压基准电路、电压比较电路、补偿电路、功率管以及调整电阻
[1]
。
如图1所示，带隙基准电压模块产生一个与温度无关的稳定的电压V
ref
输出给电压比较器正端，而电压比较器负端接在调整
电阻网络形成负反馈。其电压比较器的输出电压接在开关管M1的栅极，其目的是通过用带隙基准电压V
ref
和反馈电压V
fb
来控
制M1管的开启和关断，进而控制整个电路的开启和关断
[4]
。
同时，当M1管开启时，调整电阻网络将输入电压V
IN
进行分压得到反馈电压V
fb
，并将其输入到电压比较器的负端。故电压
比较器的正端是带隙基准电压V
ref
，负端是调整电阻网络反馈电压V
fb
，当V
fb
电压值接近或远大于V
ref
时，电压比较器的输出为
低电平。此时，M1管的栅极电压为低电平，远小于M1管的源端电位V
IN
，M1导通。当输入电压V
IN
为定值时，且M1管处于饱
和区时，其流过调整电阻网络的电流基本不变，而V
fb
的电压值也基本不变，则输出电压V
OUT
的电压也基本不变，从而实现将
V
IN
的高电平转换成V
OUT
的低电平为内部模块供电的目的。
而V
IN
的电压值为变量时，对于M1管来说，当V
IN
的值在一定范围内满足M1管处于饱和区的电压条件时，其结果与上述结果
相同；若V
IN
的电压值迫使M1进入线性区，则随着V
IN
的升高，其电流则会增大，V
OUT
会随着电流的增大而增大。此时V
fb
的
值也会增大，通过负反馈网络将M1栅极电压降低，使M1进入饱和区，将V
OUT
、V
fb
的电压值维持不变。
2 具体电路设计具体电路设计
2.1 带隙基准带隙基准
带隙基准主要是用两个双极型晶体管的V
BE
(负温度系数)以及V
BE
的差值ΔV
BE
(正温度系数)的线性叠加产生零温度系数的带
隙基准电压
[3]
。
2.1.1 负温度系数负温度系数(CTAT)
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