一种低功耗的LDO线性集成稳压器的实现

1、一种低功耗的LD0线性集成稳压器的实现ImplementationofaLowStaticPowerDissipationofLDOlinearVoltageRegulatorSUNYu12，XINXiao-ning1(ShenyangUniversityofTechnology1，MXHdeviceLtd.2，Shenyang，Liaoning110023):OnemethodforimplementationofaBICMOSintegratedregulatorwhichhasverylowstaticpowerdissipationispresented.Thetheoryofther

2、egulatorisdemonstratedindetail,itscircuitsandcurvesanddataofsimulationarealsogiven.Thiscircuitadoptsaself-biascurrentbandgapreferenceinordertoimprovethePSRRandtemperaturecharacteristics.Ahighcurrentefficiencyoutputbufferisdesigned,inordertoreducethestaticpowerdissipation.Topreventtheovershootofoutpu

3、tvoltage,astructureoftheerroramplifierandNMOSisadopted,andthenthenon-overshootofoutputvoltageisensuredwhentheinputvoltageisinthepoweronstage.Keywords:reference;voltageregulator;LDO;staticpowerdissipation1 引言低压差（lowdropout,LDO）线性稳压器具有结构简单、低噪声、低功耗以及小封装和较少的外围应用器件等突出优点,在便携式电子产品中得到广泛的应用。LDO属于DC/DC变换器中的降压

4、变压器,在负载一定的情况下,输入电压在一定范围内,LDO电路系统能够保证输出电压稳定,提高电池寿命.目前,对LDO的研究热点主要包括两个方面：一方面是针对低功耗,提高LDO效率，降低静态电流和输入输出压差。另一方面是对系统稳定性的研究。本文主要针对低功耗的稳压器进行研究与设计。根据芯片的制造工艺,集成稳压器主要有双极型、CMO型和BICMOSS3类。由于为了提高稳压器的输出电压精度和效率，提高基准源是关键，所以采用BICMOSC艺。2 电路设计与性能分析2.1 电路设计与分析本设计应用于智能卡，具有4.5v-5.5v的输入电压，输出3.3v的电压，具有400mA的驱动能力。工作状态输出400m

5、AM,自身电流损耗小于150uA。此稳压器芯片包括四个主要模块，基准源模块（VREF,误差放大器（AMP缓冲器（BUFFER模块，输出功率管，过冲保护模块（OVERSHOOT2.1.1 LDO线性集成稳压器工作原理1）基准源该基准图2为LDO集成稳压器所采用的基准源核心电路图源采用一阶温度补偿，输出电压为1.2v，同时提供各个放大器的偏置电流。本设计所采用的基准源电路结构不同于传统的电压基准与电流基准分别产生的基准源电路，传统的电路需要用电阻与寄生BJT来实现，占用芯片面积大，并且由于基准电流产生电路的N管VSB不同使得两边产生的电流不相等，另一方面由于沟道调制效应的影响，对电源电压有一定的依

6、赖性，所以由公式I=推倒出来的电流不是理想的PTAT电流。改进后的电路没有单独的PTAT电流基准产生电路。其核心思想是通过运算放大器把INN与INP钳位相等，通过AV和R产生PTAT电流，再通过MP1和MP2I1成的电流镜把流过MP1的PTAT电流按比例提供给运算放大器，运算放大器采用单级折叠式共源共栅结构。这样就实现了电压基准与电流基准同时产生的电路结构。INN与INP是运算放大器的两个输入端口，即VINP=VINN假设R2=mR1Q1为晶体管单元，Q2为由n个单元并联的晶体管。由I-V特性可知推倒出：IR3=可见，流过R3的电流为PTAT电流，由于运算放大器的增益高，利用负反馈的稳定性，使

7、得VINN与VINP的钳位能力强，且电流与电源电压无关。VREF®过VT的正温度系数和VBE的负温度系数相互抵消。其工作原理：启动电路为MN1提供偏置VS,使MN1逐渐导通，使从VDDgMP6MN1R4至UVSS形成通路，MP锻为一电容，使得VBG逐渐升高，VX下降，当|VDD-VX2.2 仿真数据与波形仿真模型采用SMIC0.18um,工艺角与工作温度TT_27:mostt_bjttt_27;FF_-40:mosff_bjtff_-40;FF_85:mosff_bjtff_85;SS_-40:mosss_bjtss_-40;SS_85：mosss_bjtss_85，电源电压为：VI

8、N=4v,5v,6v。基准电压源模拟分析：VBG=1.2V电压稳定延迟在SS_85时最大，约为7us。线性调整率分析：线性调整率表征输入电压对输出电压的影响，模拟结果：最大值出现在VIN=6V，SS_85；VOUT33=3.3859v，最小值出现在：VIN=4V,FF_85,VOUT33=3.2666v调整率为0.01%/Vo仿真图像如下：负载调整率分析：负载调整率表征输出电流对输出电压的影响，仿真结果：在输入电压不变的情况下，输出负载电流由1mA变化到400mA输出电压调整范围为：3.317V-3.398V,负载调整率为0.0024%/mA,符合系统性能要求。静态电流IGND为VR流到GN比

9、I脚的电流，越小表明VR的电流的效率越好。IGND电流以VR电路主要环路，VREF过冲保护电路消耗的电流为主。仿真采用不同输入电压，不同工艺角，不同负载交叉仿真，最大值静态电流为120.5uA,输入电压6V，负载电流400mA,工艺角采用FF_85。线性瞬态响应：仿真环境；ILoad=200mA。仿真输入在1us内由4v变到6v与从6v变到4v的VOUT33勺波动在20mv左右，并且恢复时间最长的仅3us左右。电源抑制比：表征电源的交流变化对输出电压的影响。仿真结果：100Hz时，PSRR(MIN)=60DBPSRR(TYPICAl)=70D玲10KHz时，PSRRMIN)=42.4DB,PSRRTYPICAL)=45D