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　　近年來，隨著各種尖端技術(shù)的不斷融合以及人們對于技術(shù)物質(zhì)需求的日益提高，便攜式電子產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展和廣泛普及，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠帧Ｒ虼耍咝阅堋⒏咝省⒌统杀镜碾娫垂芾斫鉀Q方案已經(jīng)成為一項備受關(guān)注的技術(shù)關(guān)鍵和技術(shù)挑戰(zhàn)。而低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器以其低噪聲、高PSRR、微功耗和極低的成本，已經(jīng)成為競爭力的電源方案之一。

　　傳統(tǒng)的LDO線性穩(wěn)壓器在負載電流增大或輸出電容的等效串聯(lián)電阻發(fā)生變化時經(jīng)常會遇到穩(wěn)定性變差的問題。針對這個問題，本文闡述了一種準(zhǔn)確且穩(wěn)定的4.2V轉(zhuǎn)為2.5V輸出的LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計，該設(shè)計能夠有效解決LDO線形穩(wěn)壓器環(huán)路系統(tǒng)的穩(wěn)定問題以及其他一些諸如失調(diào)和噪聲的問題。

　　2系統(tǒng)框架顯示了本設(shè)計的整體系統(tǒng)框圖，采用PMOS型功率傳輸管架構(gòu)。

　　流置路電fe電這是因為PMOS線性穩(wěn)壓器具有比開關(guān)穩(wěn)壓器更小的輸出噪聲和輸出紋波，比NMOS穩(wěn)壓器更低的差電壓。整個系統(tǒng)包括誤差放大器，高電流效率緩沖電路（可以改善電流效率和環(huán)路穩(wěn)定性），帶隙基準(zhǔn)源以及其修正電阻網(wǎng)絡(luò)（用于修正由于內(nèi)部電阻失調(diào)而造成的基準(zhǔn)電壓偏差），熱關(guān)斷保護電路，限流保護電路和偏置電流電路。根據(jù)運放閉環(huán)系統(tǒng)，可得到輸出為2.1頻率補償改進傳統(tǒng)LDO線性穩(wěn)壓器的主要問題就是當(dāng)負載電流增加時輸出端極點的位置會被推向更高的頻率，而其他極點基本保持不變，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，并且也會限制在控制環(huán)路穩(wěn)定情況下的大負載電流。為了解決這個問題，在設(shè)計中應(yīng)用了一種改進型密勒補償和高電流效率的緩沖電路。

　　如所示誤差放大器由NMOS晶體管Mn1 -Mp5組成，采用了共源共柵結(jié)構(gòu)以獲得更高的環(huán)路增益，從而得到良好的負載調(diào)整率、線性調(diào)整率和高電源抑制比。

　　本設(shè)計環(huán)路系統(tǒng)的具體電路實現(xiàn)圖而晶體管Mn6 -Mp11組成高電流效率的緩沖電路。它能夠檢測到流經(jīng)PMOS功率傳輸管的輸出電流并按照一定的比率將電流反饋到穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換速率限制端。在高負載電流的情況下，輸出負載電流信號會被電路檢測而使反饋電流Ib增大。從而流過源跟隨器的電流也會被增大，這樣所增加的電流能使源跟隨器的輸出阻抗大大減小，從而使其輸出端的寄生極點推向更高的頻率。

　　另外，將補償電容的B端接在輸出級的輸出端，另一端A接在級中共柵放大器Mn4中的源端。從級放大的輸出端D往A點看就像是加入了一個源跟隨器，從而阻止了B點到級輸出端D點的前饋電流，消除了右半平面零點的影響并有效改善了穩(wěn)定性。

　　2.2帶隙基準(zhǔn)源傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)源有關(guān)輸出噪聲的主要問題就是兩個PN結(jié)之間的電壓差A(yù)VEB必須要乘以一個倍乘系數(shù)M，從而實現(xiàn)溫度系數(shù)的一階補償。但是兩個PN結(jié)之間的電壓差A(yù)VEB的噪聲也會被乘以一個同樣的倍乘系數(shù)M，這勢必會導(dǎo)致帶隙基準(zhǔn)的輸出噪聲存在一個所不期望出現(xiàn)的增加值。在本設(shè)計中，運用一種隨機噪聲的基本概念來實現(xiàn)比傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)更低的輸出噪聲。這個概念的原理就是用幾個AVEB電壓的求和來替代將AVEB電壓乘以一個倍乘系數(shù)0.利用這種方法，輸出噪聲的結(jié)果可以表示為發(fā)射極-基極電壓的內(nèi)部噪聲；Vn??AVEB電壓的內(nèi)部噪聲；M補償溫度系數(shù)所需要的增益因數(shù)。

　　顯示了本設(shè)計中低噪聲拓撲結(jié)構(gòu)的帶隙基準(zhǔn)源的具體電路。它包括了啟動電路、偏置電流電路、AVEB電壓產(chǎn)生電路以及一個低通濾波器。為了改進電路中CMOS放大器的性能，我們利用斬波穩(wěn)定放大器63來減小放大器的1/f噪聲和失調(diào)電壓，終可得到的基準(zhǔn)電壓為1.2V. 2.3熱關(guān)斷保護電路如所示，雙極型晶體管的發(fā)射極基極電壓與VT產(chǎn)生器的輸出電壓分別具有負和正的溫度系數(shù)。由于兩個比較器的輸入電壓Vd，Vd都與溫度成正比，兩個比較器的輸出電壓則允許通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置溫度T=T.時的電壓值Vd（T）和匕⑴以及Mi與化的值，分別從溫度到　　因此，Pd作為開/關(guān)LDO線性穩(wěn)壓器的控制信號，可防止LDO穩(wěn)壓器長時間工作在極高溫度的狀態(tài)下。

　　熱關(guān)斷保護電路的功能框。4限流保護電路如所示，電流檢測電路可以瞬時地檢測流經(jīng)功率傳輸管的輸出電流并且以一定的比率系數(shù)1/K將輸出電流信號反饋回來。隨著輸出電流的增大，反饋電流Ifb也會隨之增大。一旦輸出電流接近大負載電流時，比較器正端的電壓便會大于Vrf而使比較器輸出為高，從而使NMOS管Mn1導(dǎo)通。接著PMOS管Mn2也會因為偏置的導(dǎo)通而開啟，于是功率傳輸管的柵端電壓被Mn2管拉到高，繼而被關(guān)斷。

　　3版圖與后仿結(jié)果平臺下米用TSMC-0.35m-2P3M的CMOS混合信號工藝進行版圖設(shè)計和后仿真。版圖如所示，版圖在通過DRC和LVS驗證后在芯片輸入電源電壓為4. 2V，外接的輸出電容為2.2F，其等效串聯(lián)電阻ESR值為0.0m的條件下對系統(tǒng)進行后仿真。仿真波形如。

　　系統(tǒng)版圖可見，整個電壓穩(wěn)壓器可以驅(qū)動的輸出負載電流大于300mA，且當(dāng)負載電流由0突變到300mA時，穩(wěn)壓器輸出電壓的大變化小于60mV.電源電壓抑制比在10kHz時仍能達到60dB以上。

　　4結(jié)束語通過后仿真結(jié)果可看出整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性幾乎不隨著負載電流的增加而減少，對于低ESR的輸出電容也能保持穩(wěn)定，在負載與輸入電壓突然變化時依然能夠保持穩(wěn)定輸出而不會發(fā)生振蕩，達到了本設(shè)計目的。但仍然有許多不足之處有待完善，例如：如何使穩(wěn)壓器在更小的輸出電容下保持穩(wěn)定輸出；如何在保持大功率的輸出能力的時又能有效縮減芯片尺寸大小等問題。