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1、学术发表和写作资源平台：www.lunwenchina.net.cnQQ：275252867集成电路设计论文数字集成电路设计论文：基于LDO线性稳压器的低电压CMOS误差放大器设计 摘要:针对目前LDO线性稳压器的广泛应用,本文设计了一款性能更加完善的CMOS误差放大器。该电路结构具有低功耗、高转换速率、低电压启动等特性;此电路的设计基于CSMC5V0.5umCMOS工艺下完成;线路的仿真验证是基于cadence软件下通过spectre仿真器仿真。 关键词:LDO线性稳压器;误差放大器;CMOS 进入21世纪以后,
2、国内IC地快速发展,打断了很多国外的垄断,使得电子产品的价格相对以往便宜很多。目前发展较快的一方面是便携式电源,它更多地应用于数码相机、蓝牙、GPS等。LDO线性稳压器属于电源管理电路的一种,其较低的输入输出电压使电池具有较高的使用效率。它具有高效率、高集成度、小巧外形以及设计灵活等优点,使得众多便携设备的设计者有了更好的选择。 一、误差放大器的基本特性 稳定性方面:运放通常是多级放大器,每一个增益级都会产生一个主极点,而在多极点系统中,系统往往是不稳定的。但可以通过“频率补偿”技术改变系统零极点位置达到稳定。 共
3、模输入输出方面:只有输入信号在共模数值范围内,误差放大器才能正常工作,并能以相同的增益放大不同的信号;输出电压的最大摆幅与运放结构、器件尺寸、偏置电流有一定关系,但和速度之间,其性能指标是相互制约的,只有折中选取。 增益方面:运放的开环增益确定了使用运放的反馈系统的精度。理想运放的开环增益为无穷大,实际情况增益AV=Vout/(Vip-Vin)。如果综合考虑速度与输出电压摆幅这一类的参数,则在设计运放时,必须知道运放需要的最小增益。高的开环增益有抑制非线性的能力。 二、误差放大器的线路结构 它是由三大模块构成,一是
4、低电压启动偏置电路,二是运放输入级,三是运放输出缓冲级。这是低电源的误差放大器,双端输入单端输出,并采用有源负载。具体线路如图所示: 三、误差放大器的工作原理 EN和ENN是相反的使能控制信号,当EN为高电平时,电路不正常工作,误差放大器消耗的电流接近0.1uA;当EN为低电平时,误差放大器正常工作,消耗的电流大约为10uA。由于EN为低电平,M1和M2管子开启,M6的栅极和漏极相接,等效为二极管,因此当电压VDD=VTH+VDS1+VDS2时,电路启动工作。VDD电压大约1.2V时就能够建立工作,所以此运放适合一个
5、低电源电压电路。在启动电路中用了一个大的电阻值和一个大的倒比管。整个电路工作时,启动电路的电流一直在损耗,所以选取大阻值以减少这个支路上消耗的电流,实现低功耗。电路启动以后,使得M4支路上的镜像电流受到电阻R1的影响,R1越大,支路电流越小。C2和C3的作用主要是为了滤除电源上的高频噪声,C1主要是稳定R1上的电压波动,对此滤除纹波。 由左下图可见,M17和M18为该放大器的差分对管,它将输入电压转换成电流,对交流信号能够起到第一级放大;M12和M13为负载的有源电流镜,因此能够提高差分放大器的增益。M19主要为差分放
6、大器提供尾电流,可以控制误差放大器的转换速率;图M22起到第二级放大,M11通过M12镜像电流,提供给M22管,此处采用M20、M21串联,M22、M23串联。主要作用是将差分放大器双端转变为单端输出,进一步提高放大器的增益;误差放大器的输出端控制调整管PMOS的栅极,由于LDO调整管PMOS要求较小损耗、较低输出压差、较小导通电阻,所以这个PMOS管的面积必须比较大,导致电容值较大,因此这个误差放大器缓冲级的驱动管要比较强,M14和M16的宽长比较大。论文发表联系方式qq：278121888学术发表和写作资源平台：ww
7、w.lunwenchina.net.cnQQ：275252867 当在5V电源时,通过仿真得到运放特性如下:开环增益为62dB,相位裕度为65度,增益带宽积达到15.3M,电源抑制比在低频时为-70dB左右,输入电压范围为0.9V到4.1V,输出电压约为0V到5V;当电源电压为1.5V时,运放还是能够正常工作,完全可以适合低电源的LDO线性稳压电路。 此误差放大器的设计基于CSMC5V0.5umCMOS工艺,它不仅转换速率高,增益大,静态电流低,工作电压范围宽,而且带有低启动电路,适合低电源电压工作。 参考文献
8、 [1]BehzadRazavi.模拟CMOS集成电路设计,陈贵灿,程军,张瑞智.西安:西安交通大学出版社,2002.[2]PAllen.CMOSICdesign[M].第二版,北京:电子工业出版社,2005. [3]AlanHastings.模拟电路版图的艺术(第二版),张为.北京:电子工业出版社,2007.
