一种两级误差放大器结构的LDO设计

基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺，设计了一种两级误差放大器结构的LDO稳压器。该电路运用两级误差放大器串联方式来改善LDO的瞬态响应性能，采用米勒频率补偿方式提高其稳定性。两级放大器中主放大器运用标准的折叠式共源共栅放大器，决定了电路的主要性能参数；第二级使用带有AB类输出的快速放大器，用来监控LDO输出电压的变化，以快速地响应此变化。电路仿真结果显示：在电源电压为5 V时，输出为1.8 V，输出电压的温度系数为10×10-6/℃；当电源电压从4.5 V到5.5 V变化时，线性瞬态跳变为48 mV；当负载电流从0 mA到60 mA变化时，负载瞬态跳变为5 mV。且环路的相位裕度为74°，整个电路的静态电流为37 μA。该电路结构的瞬态跳变电压值远小于其他电路结构，且能实现低功耗供电。 本文介绍了一种基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计的两级误差放大器结构的低压差线性稳压器（LDO）。LDO主要用于电源管理，为电子设备提供稳定电压，确保其正常运行。该设计的核心是改善瞬态响应性能和提高系统的稳定性。 在传统的LDO设计中，通常采用单级误差放大器，这可能导致输出电压在电源电压或负载变化时出现瞬态尖峰脉冲，影响系统稳定性。为了解决这个问题，本文提出了一种两级误差放大器的创新设计。主放大器使用标准的折叠式共源共栅放大器，它具有良好的电源抑制特性和输入共模范围，对电路的主要性能参数起决定作用。第二级放大器是一个快速AB类输出的放大器，其功能是监控LDO输出电压的变化，并能迅速响应这些变化，以减少延迟效应和尖峰脉冲。 通过采用米勒频率补偿技术，该设计提高了系统的稳定性。米勒补偿通过在输出级与第二级跨导的输入级之间添加电容，配合前馈通路中的电阻，增加高频时的阻抗，推动右半平面的零点至高频，从而增加环路的相位裕度，确保系统的稳定性。 电路仿真结果表明，在5 V电源电压下，LDO能提供稳定的1.8 V输出，温度系数为10×10^-6/℃。当电源电压在4.5 V到5.5 V变化时，线性瞬态跳变为48 mV；负载电流从0 mA到60 mA变化时，负载瞬态跳变为5 mV。环路相位裕度达到了74°，静态电流仅为37 μA。这些数据显示，该设计的瞬态响应优秀，且实现了低功耗。 这种两级误差放大器结构的LDO在减小瞬态跳变电压、提高响应速度以及降低静态电流方面表现出显著优势，尤其适用于对电源稳定性要求高的微电子设备，如便携式设备和物联网模块。通过高集成度的CMOS工艺，这种设计不仅能够满足高性能的需求，还降低了芯片面积，有利于实现小型化和低功耗的设计目标。