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一種快速瞬態(tài)響應(yīng)片上LDO電路

電子技術(shù)應(yīng)用 2023年3期

徐晴昊

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫214035）

摘要： 基于雙有源反饋米勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種單極點系統(tǒng)的無電容片上低壓差線性穩(wěn)壓器，該線性穩(wěn)壓器中誤差放大器采用全差分結(jié)構(gòu)，兩個并聯(lián)的前饋通路可在提升電路瞬態(tài)響應(yīng)性能的同時額外在功率管柵端構(gòu)成推挽驅(qū)動級，最終電路在輕重載時具有對稱的瞬態(tài)響應(yīng)特性。基于TSMC 0.18µm BCD工藝仿真結(jié)果表明，在2 V~4 V電源電壓下，輸入輸出最小壓差為200 mV，最大負(fù)載電流為120 mA，瞬態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間≤0.7 µs，相位裕度≥60°。

關(guān)鍵詞： 低壓差線性穩(wěn)壓器無片外電容快速瞬態(tài)響應(yīng) 頻率補(bǔ)償

中圖分類號：TN433 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222997
中文引用格式： 徐晴昊. 一種快速瞬態(tài)響應(yīng)片上LDO電路[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(3)：67-71.
英文引用格式： Xu Qinghao. A fast transient response on-chip low-dropout regulator[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：67-71.

A fast transient response on-chip low-dropout regulator

Xu Qinghao

(No. 58 Institute of China Electronic Technology Group Corporation， Wuxi 214035， China)

Abstract： Abstract： Based on dual active feedback with miller capacitor compensation (DAFMCC), a novel single pole system of capacitor-less on-chip low-dropout (LDO) voltage regulator circuit is presented. The LDO adopts a fully differential amplifier as the first gain stage, two parallel feedforward pathways can improve the transient response performance of the circuit meanwhile insert a push-pull stage at the gate of the power MOSFET which results in a symmetrical slewing behavior. The proposed LDO regulator is verified by TSMC 0.18 µm BCD process. The simulation results show that when supply voltage changes from 2 V to 4 V, the minimum dropout voltage is 200 mV, the maximum load current is 120 mA. The transient response recovery time is smaller than 0.7 µs, the phase margin is larger than 60°.

Key words : LDO；capacitor-less；fast transient response；frequency compensation

0　引言

一個典型的片上電源管理系統(tǒng)可能存在多個無片外電容型的LDO，對手持設(shè)備而言其所用片上LDO的功耗將決定其待機(jī)時間和最終壽命，因此如何設(shè)計低功耗和低壓差的LDO為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計時的熱點研究方向。

傳統(tǒng)LDO通過在其輸出端口增加一個大片外電容的方式來提升環(huán)路穩(wěn)定性并減少瞬態(tài)時輸出電壓的過沖及瞬態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間。但受封裝尺寸限制，大的片外補(bǔ)償電容無法進(jìn)行單片集成，因此傳統(tǒng)方案不適用于對片上LDO進(jìn)行補(bǔ)償，需探索新的頻率補(bǔ)償和瞬態(tài)響應(yīng)提升方案。

由LDO供電負(fù)載的性能受其瞬態(tài)性能影響，LDO瞬態(tài)性能主要由其環(huán)路穩(wěn)定性、單位增益帶寬和輸出功率管柵端電壓充放電擺率決定。LDO中輸出功率管具有較大面積，其將在環(huán)路中引入不可忽視的寄生電容，因此輸出功率管柵端電壓充放電擺率對LDO瞬態(tài)性能起主要作用。已有多種電路結(jié)構(gòu)被提出用于片上LDO的頻率補(bǔ)償和其瞬態(tài)響應(yīng)性能的優(yōu)化，在大部分補(bǔ)償方案中設(shè)計者將LDO等效為三級運放后采取基于極點分離的嵌套米勒補(bǔ)償方式來保證環(huán)路的穩(wěn)定性。不同的擺率增強(qiáng)技術(shù)也被提出用于提升電路瞬態(tài)性能，但存在因輕重載擺率增強(qiáng)不對稱導(dǎo)致電路在輕重載時瞬態(tài)響應(yīng)特性不對稱的缺陷。

針對上述問題，本文基于雙有源反饋米勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(DAFMCC)提出了一種新型快速瞬態(tài)響應(yīng)片上LDO電路，其環(huán)路具有更大的單位增益帶寬、良好的環(huán)路穩(wěn)定性，且位于輸出功率管柵端的推挽驅(qū)動級可確保電路在輕重載時具有對稱的瞬態(tài)響應(yīng)特性。最終所設(shè)計LDO在2 V~4 V電源電壓下輸入輸出最小壓差為200 mV，最大負(fù)載電流為120 mA，瞬態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間≤0.7 μs，最小相位裕度≥60°。

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作者信息：

徐晴昊

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無錫214035）

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