一种低功耗宽频带LDO线性稳压电路设计

      摘要：设计了一种用HHNEC 0.35μmBCD 工艺实现的LDO 线性稳压器， 该LDO 是一款低功耗，带宽大的低压差线性稳压器。对其结构和工作原理进行分析， 讨论了关键电路的设计， 模拟结果验证了设计的正确性。

　　1 引言

　　随着集成电路规模的发展， 电子设备的体积、重量和功耗越来越小， 这对电源电路的集成化、小型化及电源管理性能提出了越来越高的要求。而随着片上系统（ SOC） 的不断发展， 单片集成的LDO 线性稳压器的应用也越来越广泛[1]。对于片内的LDO，最担心的是寄生电容过大引起不稳定，论文针对片内应用而设计的这款LDO，能保证在uF 级别的寄生电容范围内都可以正常工作，毕竟寄生电容再大也不至于是μF 级别的。功耗是LDO 线性稳压器的重要指标之一，一般的LDO 功耗都在几十μA 以上，例如文献[2]中电路的静态电流为38μA，文献[3]中静态功耗高达65μA， 而本文的静态功耗做到10μA 左右，不仅功耗低，本文中第二级靠电阻的电流关系提供了一个小增益级，并且提高了整个LDO的带宽。

　　2 LDO 电路组成原理与关键模块设计

　　2.1 电路基本工作原理

　　图1 是LDO 线性稳压器的结构框图， 由下面几个部分组成：基准电压源（Vref）、误差放大器、同相放大器、反馈电阻网络、调整管等。其中基准电压源输出参考电压Vref, 要求它精度高， 温漂小。误差放大器将输出反馈回来的电压与基准电压Vref 进行比较， 并放大其差值，其经过同相放大器来控制调整功率管的状态， 因而使输出稳定。在这里C1 是前馈电容，可以提高负载调整率，并增加了一个左零点补偿，Cff提供一个零点补偿。第一级放大器就是一个差分对，和大多数误差放大器结构一样，第二级为同相放大级，靠电阻的电流关系提供一个小增益级，并控制带宽。相对于普通结构而言的，如果靠运放直接驱动功率管，那带宽就被功率管的寄生电容和运放输出阻抗和增益决定了，而这个结构的增益和输出阻抗，相比运放小很多，带宽自然就提高很多。表1 为该LDO 的主要设计参数和性能指标。

图1 LDO 线性稳压器结构示意图

表1 LDO 的设计参数和性能指标

　　2.2 电路组成与设计

　　（1）调整管结构设计：MOS 型线性稳压器的调整管是电压驱动的， 能大大降低器件消耗的静态电流， 而且其较小的导通阻抗使得漏失电压也比较低，从而提高了电源的转换效率[4]。根据调整管的平方率关系式以及设计指标Vdropout ≈ 200mV，可以计算出调整管的宽长比， 结合调整管的栅极寄生电容以及工艺的要求，在重载情况下考虑调整管需工作在线性区， 将调整管的宽长设计为：W=6000μm，L=0.5μm。

　　（2）电阻R1 与R2 选择：输出电压由反馈网络决定，根据VOUT =VREF[（R1+R2）/R1]，当选定的VREF=1.25V，R1 = 625KΩ，那么R2 = 625KΩ。

      摘要：设计了一种用HHNEC 0.35μmBCD 工艺实现的LDO 线性稳压器， 该LDO 是一款低功耗，带宽大的低压差线性稳压器。对其结构和工作原理进行分析， 讨论了关键电路的设计， 模拟结果验证了设计的正确性。

　　1 引言

　　随着集成电路规模的发展， 电子设备的体积、重量和功耗越来越小， 这对电源电路的集成化、小型化及电源管理性能提出了越来越高的要求。而随着片上系统（ SOC） 的不断发展， 单片集成的LDO 线性稳压器的应用也越来越广泛[1]。对于片内的LDO，最担心的是寄生电容过大引起不稳定，论文针对片内应用而设计的这款LDO，能保证在uF 级别的寄生电容范围内都可以正常工作，毕竟寄生电容再大也不至于是μF 级别的。功耗是LDO 线性稳压器的重要指标之一，一般的LDO 功耗都在几十μA 以上，例如文献[2]中电路的静态电流为38μA，文献[3]中静态功耗高达65μA， 而本文的静态功耗做到10μA 左右，不仅功耗低，本文中第二级靠电阻的电流关系提供了一个小增益级，并且提高了整个LDO的带宽。

　　2 LDO 电路组成原理与关键模块设计

　　2.1 电路基本工作原理

图1 是LDO 线性稳压器的结构框图， 由下面几个部分组成：基准电压源（Vref）、误差放大器、同相放大器、反馈电阻网络、调整管等。其中基准电压源输出参考电压Vref, 要求它精度高， 温漂校误差放大器将输出反馈回来的电压与基准电压Vref 进行比较， 并放大其差值，其经过同相放大器来控制调整功率管的状态， 因而使输出稳定。在这里C1 是前馈电容，可以提高负载调整率，并增加了一个左零点补偿，Cff提供一个零点补偿。第一级放大器就是一个差分对，和