输出电压可调的无片外电容线性稳压器研究与设计

摘要

近年来，随着便携式移动电子产品的推广和普及，低待机功耗、高续航能力以及高电源转换效率的电子产品受到消费者青睐；在这些产品中，作为重要设计环节的电源管理技术也随之得到了快速发展。低压差线性稳压器(low-dropout linear regulator，LDO)是电源管理芯片中最常见的产品，以电路结构简单、输出噪声小、输出精度高和静态功耗低等优势获得广泛应用。传统LDO的环路稳定性和瞬态响应特性主要是利用片外微法级的大电容来改善，但这样的大电容难以在芯片上进行集成；同时，片外大电容的使用会增加印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)面积和芯片应用成本。因此，无片外电容的LDO便成为业界关注的热点。 本文研究和设计了一款输出电压可调的无片外电容LDO，主要包括带隙基准源、振荡器、二四译码器，过温保护、过流保护和误差放大器等电路模块。其中，带隙基准电路采用斩波运放和低通滤波器结构来减小运放的输入失调电压和噪声，从而可使带隙基准源的电压精度更高；误差放大器采用阻尼系数控制技术改善了环路的稳定性，同时使用推挽输出来增大电压摆幅和瞬态响应速度；过温保护电路则使用迟滞比较器使温度具有迟滞门限，避免电路在上限温度附近产生振荡。 本文基于华润上华CSMC0.18um的工艺，使用Cadence Spectre工具对电路进行设计和仿真。结果表明：在输入电压为2.0~4.0V范围内，LDO的最大输出电流为62mA，输出电压分别为1.596V、1.697V、1.793V和1.888V并可选，负载调整率为0.014uV/mA，电源电压调整率为0.679mV/V，在2.0V和3.3V的电源电压下，LDO的低频电源抑制比分别为52dB和68dB；同时，过温保护电路在131℃时关闭电路，在111℃时重新开启电路；当负载电流超过62mA时，过流保护电路启动，关闭主电路。所以，本文设计的LDO适用于嵌入数模混合芯片中。

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