便攜式設(shè)備中的電源效率

　　這種架構(gòu)的缺點是線路穩(wěn)壓及 PSRR差。原因在于低開環(huán)增益，因為它僅由一個增益級決定。合理的解決方案可能是第一級的級聯(lián)電流源，其可提高增益，進(jìn)而可提高線路穩(wěn)壓性能和PSRR。

　　圖1中的LDO輸出電壓為(公式2)：

　　其中，VSET為參考電壓，VGS,M4是M4的柵源電壓。

　　因此，輸出電壓對溫度和工藝變化極為敏感。要避免這種問題，就必須創(chuàng)建一個更為理想的跟隨器，其中 M4 是反饋環(huán)路的一部分(圖3)。

　　圖3.M4位于放大器反饋環(huán)路中、無輸出電容器的LDO。

　　這種情況下的輸出電壓為公式3：

　　其中，A0是放大器的開環(huán)增益反饋。對于高反饋放大器增益而言，可使用公式4：

　　圖4.具有電阻式分壓器、M4位于放大器反饋環(huán)路、無輸出電容器的 LDO

　　在反饋環(huán)路(圖4)中添加電阻式分壓器后，輸出電壓轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

　　VOUT=VSET(1+R1/R2)

　　FVF反饋放大器不影響整體 LDO穩(wěn)定性，因為它位于主LDO反饋環(huán)路的外部。對于本地反饋環(huán)路而言，只要求設(shè)計方案穩(wěn)定。

　　帶隙內(nèi)核說明

　　所選用的帶隙內(nèi)核(圖5)采用在標(biāo)準(zhǔn)CMOS 技術(shù)中廣泛使用的經(jīng)典結(jié)構(gòu)。

　　圖5.所推薦帶隙電壓參考內(nèi)核的簡化方框圖

　　通過添加雙極性晶體管的負(fù)溫度系數(shù)基射極間電壓，可獲得帶隙電壓的低溫系數(shù)，從而可通過在不同電流密度下偏置的兩個基射極間電壓之差獲得正溫度系數(shù)電壓。為電阻器R2和R3選擇相等的值，參考電壓就可表示為公式5：

　　其中VEB是Q1的基射極間電壓，VT是熱電壓，IQ1和IQ2是通過晶體管Q1和Q2的電流，而 IS,Q1和IS,Q2則分別是Q1和Q2的飽和電流。

　　誤差源

　　要為任何帶隙電壓參考實現(xiàn)良好的精確度，必須定義總體精度誤差的主要形成因素[4]。以下是所推薦架構(gòu)的最大誤差源：

　　放大器失調(diào)電壓

　　電阻器R1與R2之間的不匹配

　　雙極性晶體管的飽和電流不匹配

　　電阻器R1、R2和R3的變化

　　放大器失調(diào)電壓

　　放大器失調(diào)電壓對于參考電壓精確度來說很關(guān)鍵，因為它通過與發(fā)射-基極電壓差相同的方式放大。盡管我們可以通過增大雙極性晶體管的面積比來減少對放大器失調(diào)電壓的影響，但由于電壓差具有對數(shù)尺度，因此我們會受到這個比例的合理值限制。在本例中，我們選擇的比例為24。

　　對放大器失調(diào)電壓影響最大的是輸入級晶體管閥值電壓變化。它可通過增大放大器輸入對的尺寸來改善(公式6)。

　　電阻器R1與R2之間的不匹配

　　電阻器R1與R2之比可定義公式5中正溫度系數(shù)項的增益。為了讓該增益系數(shù)準(zhǔn)確，我們使用較大面積單位電阻器。使用特殊的電阻器布局，可實現(xiàn)0.1%的誤差比例精度。

　　雙極性晶體管的電阻器與飽和電流的變化

　　這兩種變化會導(dǎo)致雙極性晶體管的基極-發(fā)射極電壓Veb發(fā)生偏移?；鶚O-發(fā)射極電壓可按公式7確定：

　　其中，I是發(fā)射極電流，IS是雙極性晶體管的飽和電流。引起IS變化的主要原因是Q1和Q2晶體管面積的不匹配以及雜質(zhì)濃度的變化。

　　電阻器R1的變化可影響通過晶體管Q2 的電流I的絕對值，它是負(fù)溫度系數(shù)項VEB的一部分。

　　電阻器R2和R3分別可確定通過Q1和Q2 的電流值。R2和R3的變化可導(dǎo)致參考電壓(公式5)的正溫度系數(shù)不準(zhǔn)確。不過，可通過對電阻器R2與R3進(jìn)行良好匹配來降低該變化所引起的誤差。