高性能LDO线性稳压器的设计

发布于:2021-07-30 20:12:42

第 1卷 2

期  2l 第 7 0年 月 O 7 

避嚣雾 

V1  o  o1 N. . 7 2
J l.2 1   uy 0 0

d i 03 6 /i n1 6 - 7 52 1 . .1   o: .9 9 .s .5 3 4 9 .0 00 0 8 1 js 7

高性能L O线性稳压器 的设 计  D
周 巍 ,钟 超 俐 , 陈俊 ,林 * 分 
( 北京 市嵌 入 式 系统重 点 实验 室 ,北 京  1 0 2 ) 0 14  摘  要 :为 了解 决 电力载 波通 信 系统 中L O 电模 块 常 用单 芯 片而 导致 板上 成 本及 面积 增加  D 供
的 问题 。文 中将 L O集成 进 系统芯 片 来为数 字及模 拟模 块 分 别供 电 ,同时采 用* 滑极 点 跟 随  D 技 术 来 解 决 负载 电 流 变化 时芯 片稳 定 问题 ,该 方 法 可使P RR 低 频 下达 到6  B.并能 以I  S 在 3d P 方式在 其他 应 用 中使 用。  
关 键 词 :L O; 线 性 稳 压 器 ;* 滑 极 点 跟 随 ; 高P R D S R;过 压 保 护 

0 引 言   
电源管 理 系统 己成为 当 前集 成 电路 产 业 发展 

补 偿 ,第 二 级 与 第 三 级 的 带 宽 要 大 , 以便 保 证  L O 在 稳 定状 态 。同 时也 应保 证 在较 宽 的频带  D 处 下调 整管 的输 出 电阻维 持不 变 ,以便得 到较 好 的 

中的一 个 热点 ,也 是 一个 必 不可 缺 的技 术 。没有 

电源抑 制性 能 。若 将A 、A 、A 简 化成 一个A   2 3 4  ,
这 样 ,一 个 两 级米 勒 补偿 的运 算放 大 器 的L O D 增  益 带宽 即 可表示 成 :  
G 

电源管 理 ,许 多市 场 都将 不存 在 。电源 管 理 可使 
移 动 电话 、笔 记本 电脑 、遥 控 电视 、可 靠 的 电话  服 务等 许 多市 场成 为 现实 。 现如 今 ,电子产 品 己  
普及 到 工作 与生 活 的各 个 方 面 。其 性 能 价格 比愈 

来愈 高 ,功 能愈 来 愈强 .而供 电的 电源 电路 在 整  机 电路 中也是 越来 越重 要 。   电 源系统 设 计不 合 理 .就 会影 响 到 整个 系 统  的架 构 、产 品 的特性 组 合 、元 件 的选 择 、软 件 的  设 计 和功 率 分 配 架 构 等 。 在不 同 的 电流 负 载 下 ,   如何 保 证L O的稳 定 性 。对L O的设 计 是 一个 挑  D D
战 。为 此本 文 提 出 了一 种L O,并采 用 * 滑极 点  D

跟 随技 术 来解 决 不 同 电流负 载下 的极 点偏 移所 导  致 的稳 定 性 问题 ,从 而 提 高 了P R S R。 同时 ,其 
过 压保 护 电路也 较 好 的 防止 了L O 出供 电 电压  D 输
过 大 的问题 。  
图1 L   DO的 电 路 结 构 

式 中 ,g1 n , 是A1 的跨 导 。 由上 式可 以看 到 ,增 

益 带 宽不 随负 载 电容 的 变化 而 改 变 。其 主 极点 P   I

1 电路 设 计   
图 1 示 是 本 设 计 中 L O的 电 路 结 构 。 本  所 D L O的基 本 结 构 由4 构 成 ,主 要 利 用 误 差 放 大  D 级 器 A1 、电压 放 大 器 A 、电压 缓 冲器 A 、电 压 调  2 3

可 以表 示成 :  
P  R l
。  

2  

CL  

R。  

4   CL

R   Al 输 出 电阻 ,类 似 于 两 级 米 勒 补 偿  。 是 的
的运 放 。一般 都 希望 合并 后 的第二 级放 大器A   , 是 


整 管 MP 和 反 馈 网络 构 成 的 负 反 馈 环 路 来 维 持  1 V U 的 稳定 。米 勒 电 容C 用 来 为 电路 进 行 频 率  OT 1
收 稿 日期 : 0 0 0 — 9 2 1— 3 0 

个 单 极 点 系 统 , 由于 米 勒 补 偿 引 入 的极 点 分 

离 ,次级 点P可 *似 表示成 : 2  
盈 

一 

CI
. 

C  I

W Wed.n 2 1 . 电 子 毛 嚣 件 主 用  5   W . a   0 07 c c 7

第1卷 2

第7 期 

电子元 嚣 件 壶 用  
E e to i  o o e t De i eAp l a in   lc rn c C mp n n & vc  pi t s c o

Vo.2 N .  11   o7

2 1 年7 0 0 月 

J l .2 1   uy 0 0

式 中,  

是  , 跨 导 , 白 勺  

是  的跨 导 。 为 

阻来 适 应负 载 电流 的改变 .从 而较 好地 提 高 电路  的瞬态 响应 。  

了让 次级 点一 直在 输 出节点 ,第 二级 和第 三 级 的 

输 出极点 必须 推到 一个 比次 级点 大很 多 的很 高 的  频 率上 。为 了保 证其 稳定 性 ,次级 点 需要 保持 在 
输 出节 点 。  

2 过 压 保 护 
当L O的输 出 电源 电压高 于 一定 数值 时 ,过  D
压 保 护 电路 会 自动 启 动 .并 对 电源 电压 进 行 调  整 ;而 当 电源 电压 恢 复到 正常 范 围时 ,保 护 电路  又会 自动 关 闭 。 图2 过压 保 护 电路结 构 。需要  为

对 于一 个 内部米 勒补 偿 的高增 益 系统 ,米 勒  补偿 能够更 好地 在较 大 的负 载 电容范 围 内控制 其  稳 定 性 ,同 时 .它 也 会 提 供 一个 更 好 的 瞬 态 响 

应 。因为米 勒 电容 形成 的一 个高频 负 反馈 能直 接  耦 合 到输 出 ,而高增 益 能够得 到较 好 的直 流及 负  载调制 。不过测 试结 果显 示 ,在 负载 电流大 幅度 
变化 H L O会有 5   左 右 的调 整 。这是 因为 直   ̄ ,D 0mV 流负 载调 制 的性 能 被bn ig i 的寄生 电容所 限  o dn w r e 制 .直 流 的I 压 降通 过 寄生 电容会 直 接恶 化直 流  R 负载调 制 。  

注意 的是 ,保 护 电路 的调 整管需 要 对大 电流进行  泄放 .因而需要 在版 图上对 其进 行特殊 处理 。  
VnT ’ 丌  

LO D 的输 出 电流要求从 O N全 负载 f 本设计 为  10 A ,因此  也 会 随负载 电流而 变化 ,导致 次  0m )
级点 也 会 随着 负载 电流 的变化 而 变化 。设 计 时  可 用 * 滑极 点 技 术 来 解 决 这 个 问题 ,对 于 R和  MP 串联 组成 的 电路 ,它 能 动态 的 根据 负 载 电流  2 的变 化来 进 行 偏置 。 在大 负 载 电流状 况 下 ,R和 
本 芯 片 采 用 S C0】  m C SI g S 设   MI .8I  MO   )i E艺 x a c
图 2 过 压 保 护 电路 结 构 

3 仿 真 结 果   

计 并 流片 。芯 片 面积 为 l0 2 0 7 x 8  m,静 态 电流 为  20 0  A,电容 采用 MO M实现 ,其整 体 版 图如 图3  

MP 能够 偏置 更 大 的电流 以展宽 电路 带 宽 ,同时  2 降低输 出电 阻 以适 应 次级 点 被 推 到更 高 的频 率  下 。在 小 负载 电流状 态 下 ,P在较 低 的频率 ,并  2 将 R和MP 偏 置 在 更 窄 的带 宽 和 更 大 的 电阻 以保  2 证 其稳 定性 。静 态偏 置 电流要 尽量 小 ,以保 证 电  路 的低 功耗 。   调 整管 的栅 极可设 计 成对 地 电阻 明显 大于 对  V D的电 阻 ,以使得 调整 管 的栅 极 能 够跟 随 电源  D
的变化 ,从 而得 到更 好 的电源 抑制 性 。为 了产 生 


所示 。版 图 内大部 分为 功率 管及 米勒 电容 。输 出 
电源 线 的走 线应 当尽 量 宽 ,同时 可用 多 层 金 属 ,  
以减 小线上 电 阻。  

个 较小 的对 V D的 电阻 .可用 R和 M串联 接 在  D

栅 极 与V D 间 。如 果L O的负 载 电流 很小 ,那  D 之 D

么 ,调 整 管 将 工 作 在 弱 反 或 亚 闽 值 区 , 因 此 ,   MP 的 踊 于  ,由 于 MP 小 和MP的  是 相 等 的 ,  
MP 关掉 。在 这种 情况 下 ,R由前 级 电路 的N管  被 偏置 。 当L O的负载 电流很 大 时 ,调 整管 的  增  D 加 ,MP 开 ,并 以一 个 很 小 的 电 阻 开启 与 R串  打 联 .此 时MP 现 为一 个 开 关 。此 时 调整 管 栅 极  表 对V D的 电阻会极 大地 减小 ,同时 前级偏 置 电流  D
图3 L   D0整 体 版 图 

4 结束 语 
当负 载 电流从O 0   时 ,本设 计 的L O N1 0 mA D 瞬 
态 特 性 电 压 纹 波 在 5   V以 下 ,调 整 时 间 在 2   s 0m 0  

增加 ,带宽也 会增 加 。从 环路稳 定性 来 说 ,它允  许L O 过 动态 的改 变调 整 管栅 极处 的带宽 和 电  D 通

左 右 ,同时 ,L O D 的P R 在 低频 时 可达  ̄6  B  SR 13 , 1 d

10ktH 有3   0  [  ̄ 5 B,完全 可以满 足系统要求 。 z d  

5   电 子 元 嚣 件 壶 用 2 1 . w wed.n 8   0 07 w : a     c c


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