高性能LDO线性稳压器的设计

O 引言

电源管理系统己成为当前集成电路产业发展中的一个热点，也是一个必不可缺的技术。没有电源管理，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LDO的稳定性，对LDO的设计是一个挑战。为此本文提出了一种LDO，并采用平滑极点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PSRR。同时，其过压保护电路也较好的防止了LDO输出供电电压过大的问题。

1 电路设计

图1所示是本设计中LDO的电路结构。本LDO的基本结构由4级构成，主要利用误差放大器A1、电压放大器A2、电压缓冲器A3、电压调整管MPl和反馈网络构成的负反馈环路来维持VOUT的稳定。米勒电容C1用来为电路进行频率补偿，第二级与第三级的带宽要大，以便保证LDO处在稳定状态。同时也应保证在较宽的频带下调整管的输出电阻维持不变，以便得到较好的电源抑制性能。若将A2、A3、A4简化成一个，这样，一个两级米勒补偿的运算放大器的LDO增益带宽即可表示成：

式中，gm1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P1可以表示成：

Rol是A1的输出电阻，类似于两级米勒补偿的运放。一般都希望合并后的第二级放大器是一个单极点系统，由于米勒补偿引入的极点分离，次级点P2可近似表示成：

式中，是的跨导，gm4是A4的跨导。为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。

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时LDO会有50 mV左右的调整。这是因为直流负载调制的性能被bonding wire的寄生电容所限制，直流的IR压降通过寄生电容会直接恶化直流负载调制。

作者：周巍 钟超俐 陈俊 林平分   来源：国外电子元器件