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摘 要

现阶段，集成稳压器的成长趋势正朝着功率密度、安全可靠、工作效率都高的方向发展，低压差线性稳压器是这一大军中不可或缺的一位，在便携式电子产品方面的运用也日趋频繁，其发展方向朝着片上系统集成方面而去。它具备了运用简单，集成方便的优越性，此类无电容型LDO在各种运用中是首当其冲的第一选择。对比于原始的LDO而言，基于稳定性和瞬态性方面来说，二者间的差异极大，无电容型LDO的设计工作中，这两个方面也是设计工作者面临的最大挑战，当然，这篇论文的侧重点也非它莫属。

本文研究了一种基于TSMC0.35工艺设计和仿真的瞬态增强无电容型低压差线性稳压器(LDO)电路结构。通过DFC补偿结构和级间米勒补偿将无电容型LDO系统的第二、第三个极点推到单位增益带宽的外面，从而实现系统稳定性；通过推挽输出结构有效增大运放的压摆率，从而减小瞬态上冲和下冲电压；同时，在满足负载驱动电流的情况下，适当减小功率管的尺寸，从而有效地减小芯片的尺寸。

在前述探讨工作的基础上，这篇论文对一款在TSMC 0.35μm工艺的瞬态增强无电容型LDO的基础上展开了相应的设计工作，其最大输出瞬态变化为133mv。通过调节PMOS调整管的宽长比，使得最小压差为150mv,PSRR为72.9dB@10Hz，69.92Db@1kHz, 53.72dB@10kHz。

关键词：低压差线性稳压器、低功耗、瞬态增强、稳定性

目录

1 绪论 4

2 LDO原理与理论基础 4

2.1 LDO工作原理 5

2.1.1 LDO电路结构 5

2.1.2 LDO电压调节原理 5

2.2 LDO设计指标 6

2.2.1 电压差 6

2.2.2 静态电流 6

2.2.3 效率 7

2.2.4 负载调整率 7

2.2.5 线性调整率 7

2.2.6 瞬态特性 7

2.2.7 电源抑制比 8

3 LDO的电路设计及主要电路结构分析 9

3.1 基于阻尼系数控制的无电容型LDO 环路设计 10

3.2 无电容型LDO环路中DFC参数设计 12

3.3 误差放大器的设计 14

3.4 瞬态增强电路分析 15

3.5 功率管MP宽长比的计算 16

4 LDO仿真验证与结果对比 16

4.1 直流仿真 16

4.2 交流仿真 17

4.3 瞬态仿真性能 18

5 LDO版图设计及后仿验证 19

5.1 版图设计 19

5.2后仿验证 21

5.2.1 直流仿真 21

5.2.2 交流仿真 21

5.2.3 瞬态仿真 22

5.3 结果汇总与对比 22

6 LDO芯片测试 23

6.1 直流性能测试 24

6.2 瞬态性能测试 26

6.3 启动时间性能测试 27

7 总结 27

参考文献 28

1 绪论

现阶段，集成稳压器的成长趋势正朝着功率密度、安全可靠、工作效率都高的方向发展，低压差线性稳压器是这一大军中不可或缺的一位，其显著的优越性表现在：工作电压、输出噪声都不高，体积不大，运用起来十分单便，正是这些特点使得其在便携式电子产品方面的运用也日趋频繁，其发展方向朝着片上系统集成方面而去。

在现代社会中，人们在诸如手机、掌上电脑之类便携式电子设施方面的诉求也日趋增大，其所需的稳压器也提出了低输出电压、低输入/出电压差方面的诉求。工作实践中，一般情况下，供电系统出于输出低噪声的需要，必需引进线性稳压器来对噪声予以压制。日常生活中便携式元件的体积日趋缩减，功耗也日趋压缩，其工作电压也在持续走低，如此一来，其所需的电压也必定不能过高。

实际工作中，整流交流供电、蓄电池组供电两种电源方式的电压变动区间都不小，就拿单体锂离子电池电力充足的情况下而言，其饱和电压是4.2伏，放电完成后，其电压缩减为2.3伏，其变动的区间相当大。市电电压与负荷的变动都在一定程度上造成了各类整流器输出电压的干扰。出于保障供电电压稳定不变的需要，工作实践中全部的电子设施所用的都为稳压器供电模式，对那些小型的精密电子设施而言，对电源还提出了：干净，没有纹波、噪声的污染要求，以此来有效保障电子设施的工作处于正常的状态而不受任何干扰。出于与精密电子设施要求相符的需要，必需将线性稳压器加在电源的输入端，以此来确保电源电压停留在恒定的数值上不发生变化，如此一来，有源噪声滤波工作也由此达成。正是因为LDO的优越性体现在：架构简单，制作费用低廉，噪声不大，功耗较小，封装尺寸不大等方面，各类便携式的电子产品就成了它最好的舞台。

现阶段，从事这一领域的企业纷纷推出了各种稳压器产品，最具代表性的有凌力尔特和龙鼎微电子两家公司，从市场状况来看，不难发现其竞争的剧烈程度，这些公司推出的相关产品在探讨工作方面提供了极高的市场价值。

这些年以来，业内相关学者在其瞬态性、功耗、输出电流、稳定性等方面的探讨非常之巨，这篇论文的出发点在于其瞬态性能及功耗方面，作者倾注了很大的心力，力求使其稳定性能得到有效的保障。

2 LDO原理与理论基础

要想使得所设计的LDO线性稳压器符合实际工作计求，并具备一定的科学性，就必需将它的系统指标与各类能数间的折衷关系列入考量的范畴。设计出来的LDO必需具备充足的负荷水平，其稳定性必需优良，瞬态响应方面的速度也一定要快，它们受LDO自身架构及工作环境等前提的干扰，设计工作中必需全方位地列入考量的范畴。这一章节中最初描述的是一个最具代表性的LDO稳压器最基础的工作原理，紧接着对其各类设计参数作了简明的叙述，基于此对其各类参数的优化及折衷工作做了相应的探讨。这一章节对设计其调整管的办法也做了一定的探讨，并基于理论的层面上提供了加大调整管电流的举措，另一方面，还对其稳定性作了深入的探讨。

2.1 LDO工作原理

2.1.1 LDO电路结构

下图2-1示意的正是这种稳压器最具代表性的架构详情，其构成器件详见图示所列，出于确保其电路稳定性的需要，一般情况下会在电路的输出端和地之间接入滤波与稳压两种电容。

图2-1 典型LDO功能级模型

工作实践中，每一种晶体管都能充当调整管，实践工作中常用的有下列几种：PNP、NMOS、PMOS、NPN等管。在接下来的剖析工作中，我们称假定调整构件用到的是PMOS管，其电路的工作原理在于：通电，电路开启，基准电压V_REF生成，采样电阻R1、R2采样输出电压V_OUT的反馈电压V_FB被误差放大器输进反相端。

同向端所输入的基准电压V_REF参照了基准电路生成的基准电压V_REF，在误差放大器的作用下，调整管导通度被有效改动，借助于这个导通电阻的变动，其输出也达到稳定的状态。众所周知的是：当运算放大器处于大讯号状态的情况下，可将它的两个输入端视为虚短的状态，换言之，其误差讯号V_ERR =V_REF−V_F必需于零相接近，据此可推测：V_REF=V_FB，那末，LDO稳定输出电压V_OUT见下述公式所表征：

(2-1)

2.1.2 LDO电压调节原理

假定其调整管于饱和区工作，就可将此类调整管视为一电压控制电流源。在戴维南和诺顿两种电路的转变作用下，它可生成恒压源的方式，下图2-2示意的是其详细的情况。工作实践中，图2-2右方示意的这个恒压源电路可在负荷线性改变的情况下将其本身的输出阻抗予以变更，以此来使得所输出的电压维持恒定不变的效果。

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