无片外电容LDO稳压器设计

【摘要】：随着便携电子产品朝着大屏幕和多功能方向发展，对电源管理类芯片需求越来越大。低压差线性稳压器（LDO）作为电源管理芯片中一个重要的基本单元，由于其具有结构简单、输出噪声小等优点得到广泛应用。传统结构LDO通过在芯片外部输出端连接一个大电容来保证LDO的稳定性和瞬态性能，但是芯片外部的大电容限制了系统集成度的提高。因此，无片外电容LDO越来越多地被应用于高度集成的系统级芯片中，成为LDO研究领域的新热点。 本文首先介绍了传统LDO的基本结构和工作原理，以及LDO的相关性能指标。接着分析了无片外电容LDO设计所面临的稳定性和瞬态特性两个难点，并分析比较了针对这两个难点的无片外电容LDO设计的一些基本方案。最后本文设计了一款基于三级误差放大器的无片外电容LDO。误差放大器采用嵌套密勒补偿和调零电阻来保证环路的稳定性，总的片内补偿电容为14.8pF，同时误差放大器的前馈级改善了LDO的瞬态性能。误差放大器第二级和第三级均有输出调整管，第二级的小尺寸调整管一直导通，第三级的大尺寸调整管只在负载电流大于400uA时才逐渐导通，双调整管结构降低了轻载时的静态电流。整个电路基于chartered0.35um CMOS工艺设计，版图面积为425um×413um。后仿真结果表明，LDO的输入电压为3.1V~5V，输出电压为2.8V，最大输出电流为100mA，最低压差电压为300mV。在3.3V输入电压条件下，空载时静态电流为59.98uA，负载电流在1us内在1mA至100mA间转换时，过冲电压小于150mV，输出电压稳定在0.5%精度内时间约为1.5us。所有参数均达到设计要求。