高性能LDO線性穩(wěn)壓器的設計

　　對于一個內部米勒補償的高增益系統(tǒng)，米勒補償能夠更好地在較大的負載電容范圍內控制其穩(wěn)定性，同時，它也會提供一個更好的瞬態(tài)響應。因為米勒電容形成的一個高頻負反饋能直接耦合到輸出，而高增益能夠得到較好的直流及負載調制。不過測試結果顯示，在負載電流大幅度變化時LDO會有50 mV左右的調整。這是因為直流負載調制的性能被bonding wire的寄生電容所限制，直流的IR壓降通過寄生電容會直接惡化直流負載調制。

　　LDO的輸出電流要求從0到全負載(本設計為100mA)，因此gm4也會隨負載電流而變化，導致次級點P2也會隨著負載電流的變化而變化。設計時可用平滑極點技術來解決這個問題，對于R和MP2串聯組成的電路，它能動態(tài)的根據負載電流的變化來進行偏置。在大負載電流狀況下，R和MP2能夠偏置更大的電流以展寬電路帶寬，同時降低輸出電阻以適應次級點P2被推到更高的頻率下。在小負載電流狀態(tài)下，P2在較低的頻率，并將R和MP2偏置在更窄的帶寬和更大的電阻以保證其穩(wěn)定性。靜態(tài)偏置電流要盡量小，以保證電路的低功耗。

　　調整管的柵極可設計成對地電阻明顯大于對VDD的電阻，以使得調整管的柵極能夠跟隨電源的變化，從而得到更好的電源抑制性。為了產生一個較小的對VDD的電阻，可用R和M串聯接在柵極與VDD之間。如果LDO的負載電流很小，那么，調整管將工作在弱反或亞閾值區(qū)，因此，MP的Vcs小于Vth，由于MP和MP的Vcs是相等的，MP被關掉。在這種情況下，R由前級電路的N管偏置。當LDO的負載電流很大時，調整管的Vcs增加，MP打開，并以一個很小的電阻開啟與R串聯，此時MP表現為一個。此時調整管柵極對VDD的電阻會極大地減小，同時前級偏置電流增加，帶寬也會增加。從環(huán)路穩(wěn)定性來說，它允許LDO通過動態(tài)的改變調整管柵極處的帶寬和電阻來適應負載電流的改變，從而較好地提高電路的瞬態(tài)響應。

　　2 過壓保護

　　當LDO的輸出電源電壓高于一定數值時，過壓保護電路會自動啟動，并對電源電壓進行調整；而當電源電壓恢復到正常范圍時，保護電路又會自動關閉。圖2為過壓保護電路結構。需要注意的是，保護電路的調整管需要對大電流進行泄放，因而需要在版圖上對其進行特殊處理。

　　3 仿真結果

　　4 結束語

　　當負載電流從O到100 mA時，本設計的LDO瞬態(tài)特性電壓紋波在50 mV以下，調整時間在20μs左右，同時，LDO的PSRR在低頻時可達到63d-B，100 kHz時有35 dB，完全可以滿足系統(tǒng)要求。