1 引 言
低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器" title="低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器">低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器LDO" title="LDO">LDO(Low Drop-Out regulator)在電子設(shè)備供電系統(tǒng)中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。本文根據(jù)LDO穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種快速響應(yīng)通路,，通過(guò)對(duì)高頻或快速變化的輸出電壓反饋,，使誤差放大器輸出一個(gè)大的電壓響應(yīng)。該電路具有響應(yīng)速度快,、穩(wěn)定性好的特點(diǎn),，可廣泛應(yīng)用于不同的低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器。
2 LDO工作原理
圖1是低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的工作原理示意圖,。
誤差放大器一端接基準(zhǔn)電壓" title="基準(zhǔn)電壓">基準(zhǔn)電壓Vref,，另一端聯(lián)接反饋回路，輸出端連接調(diào)整輸出管Mp,。通過(guò)比較和放大基準(zhǔn)電壓與反饋電壓的差值來(lái)控制調(diào)整管的柵極電壓,，以此控制通過(guò)晶體管的電流，使電路達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定地輸出電壓,。
3 誤差放大器和緩沖級(jí)設(shè)計(jì)
3.1 簡(jiǎn)介
圖2為電路原理圖,。
圖2中Vref為基準(zhǔn)電壓輸入；Vfb為采樣電壓反饋接人端,；Vbh,，Vbl分別為高低電平偏置,；Vout為輸出電壓反饋。Vo接PMOS調(diào)整管柵極,。誤差放大器比較采樣電壓Vfb和基準(zhǔn)電壓Vref，從而改變輸出電壓Vo,，控制調(diào)整管的輸出電流,，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。
M81,，M82為差分對(duì)輸入管,。M105，M106為電流鏡,，作差分對(duì)管的負(fù)載,。M88，M89為尾電流源,，分別為差分對(duì)管提供偏置電流,。R20為差分對(duì)管的差分交流電流提供流向地的途徑，即R20無(wú)共模電流流過(guò),，其中點(diǎn)為交流地,。Q1，Q98,，Q93,，Q95，Q9構(gòu)成電流緩沖器,，為調(diào)整管柵電容提供大的充放電電流,。同時(shí)也提高調(diào)整管柵極節(jié)點(diǎn)的極點(diǎn)頻率，即由1／(Roa×Cgs)提高到1／[(2／g)×Cgs],，Roa為誤差放大器輸出電阻,，Cgs為調(diào)整管的柵極電容，g為Q98,，Q9跨導(dǎo),。利用C4，C5兩個(gè)電容兩端電壓不能突變的性質(zhì),，使Q98,，Q9的基極電壓的變化保持一致，使電路更加穩(wěn)定,。
對(duì)于直流或低頻Vout信號(hào),，M83～M86不會(huì)引起壓差放大器輸出信號(hào)的變化。但由于旁路電容C1使M83的源極高頻短路,，對(duì)于Vout信號(hào)的快速變化,，M83～M86將在壓差放大器的輸出端產(chǎn)生很大的非平衡交流電流,，從而造成較大擺幅的輸出電壓變化。這大大提高了壓差放大器對(duì)高頻或快速變化的Vout信號(hào)的響應(yīng)速度,。
C3與M81的源極和緩沖級(jí)中的Q98的基極相連,。對(duì)于大信號(hào)，如果將共源連接的M81管看作是共漏連接(電壓緩沖),，則M81的源極電壓隨Vfb信號(hào)變化,；如果忽略Q1，Q95的射極電阻的影響,，則C3與C4,，C5可看作是電容分壓連接，故其中點(diǎn)(Q98基極)電壓,，也將隨Vfb信號(hào)變化,。對(duì)于快速變化的Vfb信號(hào)，C3提供了一條由反饋信號(hào)到調(diào)整管柵極的快速傳播路徑,，而且由于該路徑將壓差放大器旁路,，該路徑對(duì)反饋信號(hào)無(wú)增益，避免了由于對(duì)調(diào)整管的過(guò)分的開(kāi)關(guān)控制造成的輸出電壓在瞬態(tài)的上沖和下沖,。
3.2 共模抑制比(CMRR)
在共模信號(hào)下,，假設(shè)M81有動(dòng)態(tài)電流i1，則i1經(jīng)電流鏡映射到Y(jié)節(jié)點(diǎn)的電流為i2,；而M82在共模信號(hào)下,，有動(dòng)態(tài)電流i3到Y(jié)節(jié)點(diǎn)，在忽略背柵效應(yīng),、溝道調(diào)制效應(yīng)等二級(jí)效應(yīng)和電路失配的情況下,，i2與i3相等，即Y節(jié)點(diǎn)無(wú)凈動(dòng)態(tài)電流,，故共模信號(hào)不引起輸出電壓的變化,。
在實(shí)際電路中，由于各種非理想情況,，如電流鏡的失配,，差分管跨導(dǎo)的失配等，共模信號(hào)會(huì)引起輸出電壓的變化,。為簡(jiǎn)化分析,，這里將各種失配集總為電流鏡M105，M106跨導(dǎo)的失配△g,，若M105的跨導(dǎo)為g,，則M106的跨導(dǎo)為g+△g，并令輸出節(jié)點(diǎn)Y的阻抗為ro，M88,，M89的輸出阻抗為r1,，差分管跨導(dǎo)為g1，有：
在差模信號(hào)狀態(tài)下,，令M81,，M82的跨導(dǎo)g1，M106,，M82的輸出電阻為ro106,，ro82，則差分對(duì)的跨導(dǎo)為：
4 仿真及分析
圖4為快速響應(yīng)仿真,，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于Vout信號(hào)10 mV的上跳和20 mV的下跳，誤差放大器的輸出電壓有上百毫伏的跳變,。因此對(duì)于輸出電路較小的變化,，可以很快地傳輸?shù)秸`差放大器的輸出，從而調(diào)節(jié)傳輸管,。
圖5為加電容C3前后(左圖為無(wú)C3,，右圖為有C3)，負(fù)載電流發(fā)生50 mA跳變時(shí),，系統(tǒng)輸出電壓的變化,。對(duì)照兩圖，可以看到,，當(dāng)無(wú)C3時(shí),，輸出電壓發(fā)生了振蕩，而加入C3后,，輸出電壓?jiǎn)握{(diào)變化,。圖6為誤差放大器的幅頻和相頻響應(yīng)曲線(xiàn)。
5 結(jié) 語(yǔ)
本文根據(jù)LDO穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，設(shè)計(jì)了一種快速響應(yīng)通路,，通過(guò)對(duì)高頻或快速變化的輸出電壓反饋，使誤差放大器輸出一個(gè)大的電壓響應(yīng),。該電路具有響應(yīng)速度快,、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于不同的低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器,。