浅谈低电压低静态电流LDO的电路设计

本文所提的低电压、低静态电流的精简结构的LDO如图2所示。LDO的输出级是一个A类共源级电路，包括PMOS功率管M1，三极管Q1、Q2，电阻R1，R2，R3，Resr和输出负载补偿电容C1.功率管M1有非常大的宽长比来驱动比较大的负载电流。因此M1的沟长选取最小的值，达到尽可能小的寄身电容和尺寸面积。为了获取好的暂态输出特性以及环路稳定，输出补偿电容取5 μF.带隙基准电路包括三极管Q1，Q2，Q3和电阻R1，R2，R3.选取Q2的射级面积为Q1和Q3的射级面积8倍，这是Q2面积和R2阻值折中结果。三极管Q3和晶体管M6构成一个共集电极的电路，为环路提供高增益。缓冲级包括晶体管M2，M3和M4.因为NMOS源跟随器，在低负载情况下并不能完全关断功率管，PMOS源跟随器并不适合本电路的1.35低电压环境，所以选用了二极管连结的PMOS负载共源级电路作为缓冲级。这种结构不仅获得低的输出阻抗，同时达到180°的相位偏移，使整个闭环环路构成一个负反溃M3作用是在低负载电流的情况是为M4提供一些偏置电流，否则可能出现M4的栅源电压过低，导致三极管Q3进入饱和状态，降低Q3的电流增益，影响带隙基准电压的精确度。通过Q4和M7构成的偏置电路，使得三极管Q1，Q3有相等的集电极电流。晶体管M5，M8和M9构成LDO的启动电路。在刚有电压输入情况下，M8和M9构成一个反相器输出一个低电压信号，使M5导通来启动整个电路。

　　3 电路仿真结果

　　基于CSMC 0.5 μm 双阱CMOS 工艺仿真模型，采用Cadence仿真软件对精简结构LDO进行了三个工艺角（tt，ff，ss）下仿真验证。这个系统设计指标的是让LDO驱动最大30 mA的负载电流，同时保持输出电压稳定在1.14 V，输入电压最小为1.35 V.LDO 的温漂曲线如图3所示。

　　通过采用补偿电容外接串联电阻的方法，创造一个左半平面的零点来补偿一个非主极点，让电路获得比较好的环路相位裕度，在三个工艺角下，相位裕度都能达到70°（见图4）。

　　暂态输出电压变化如图5所示，当负载电流从0~30 mA瞬态变化时，输出电压变化最大仅为9 mV.

　　4 结语

　　本文给出了一种低电压1.14 V、低静态电流1.7 μA 的LDO，通过将带隙基准电压源与误差放大器合二为一获得精简结构的LDO.

　　因此实现了低静态电流消耗，同时获得较好的暂态输出电压性能，最大暂态电压变化仅为9 mV.