一种极低静态电流ldo线性稳压器的设计

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1、一种极低静态电流LDO线性稳压器的设计-电气论文一种极低静态电流LDO线性稳压器的设计杨学硕，陆铁军，宗宇（北京微电子技术研究所，北京100076）摘要：在此设计一个具有560nA静态电流、150mA驱动能力的低压差线性稳压器。该LDO采用TSMC0.18μm混合信号CMOS工艺，输出电压是3.3V，输入电压为3.5~5V。低静态电流LDO电路的设计难点是频率补偿和瞬态响应，这里通过引入一个带有负反馈的动态偏置缓冲器，不仅保证了系统在空载到满载整个负载范围内的稳定性，还极大地改善了低静态电流LDO的瞬态响应问题。仿真结果表明，全负载范围内相位裕度最小为65.8°，

2、同时最大的瞬态响应偏差小于10mV。关键词：LDO；低静态电流；频率补偿；瞬态响应中图分类号：TN43?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）20?0125?04收稿日期：2015?04?08Designofultra?lowquiescentcurrentLDOYANGXueshuo，LUTiejun，ZONGYu（BeijingMicroelectronicsTechnologyInstitute，Beijing100076，China）Abstract：Alowdropoutregulator（LDO）withquiescentcurre

3、ntof560nAanddrivecapabilityof150mAwasdesigned.TheTSMC0.18ummixed?signalCMOStechnologyisadoptedinLDO，whoseoutputvoltageis3.3Vandinputvoltageis3.5~5V.ThedesigndifficultiesofLDOcircuitwithlowquiescentcurrentarefrequencycompensationandtransientresponse.Adynamic?biasingbufferwithnegativefe

4、edbackisintroducedtoensurethestabilityinallloadconditionsofthesystem，andimprovethetransientresponseoflowquiescentcurrentLDO.Thesimulationresultsshowthattheminimumphasemargininallloadcondi?tionsis65.8°，andthemaximumdeviationoftransientresponseislessthan10mV.Keywords：LDO；low?quiescentcu

5、rrent；frequencycompensation；transientresponse0引言随着智能手机、PDA、笔记本电脑等便携式电子产品在日常生活中的普及，LDO线性稳压器因低噪声、低功耗、高电源抑制比、线路成本低等优点，而得到广泛的应用。对于便携式电子设备而言，续航时间是一个十分重要的指标，因此需要降低电路的静态电流从而增加电池的使用时间。在CMOS电路中，LDO大部分时间都工作在低负载情况下，所以轻载下的静态电流消耗在一定程度上决定着电池的寿命。但是，低静态电流会导致误差放大器的摆率降低，使瞬态响应变差，同时会增加频率补偿的难度，所以必须在功耗和瞬态响

6、应之间做合理的折中。本文针对上述问题，提出了一种低静态电流LDO的方案，该LDO在空载情况下仅消耗560nA的电流，并能够驱动150mA的负载。该电路的创新点在于误差放大器的设计和频率补偿。空载时误差放大器工作在浅饱和区，在不使用大的倒比管的情况下，仅需很小的静态电流，就可保证系统的稳定和直流增益，并配合改进的极点?极点追踪的频率补偿，使得LDO在全负载范围内都能保持稳定。由于负载电容的加入，即使空载时静态电流很小，电路在从满载向空载跳变，空载向满载跳变时，过（欠）冲电压都不会很大。1电路设计由于MOS管的等效输出阻抗ro随漏源电流IDS的减小而增大，并且MOS管

7、的跨导gm随着漏源电流IDS的减小而减小，因此无论是差分放大器、共源级放大器还是源跟随器，它们的等效输出阻抗都随偏置电流的减小而增大。所以在低静态电流LDO中，受到误差放大器尾电流的限制，无法将放大器的极点推到较高的频率上；而且输出极点随负载电流的增大而增大，大概有6个量级的变化，因此低静态电流LDO的一个设计难点是：全负载范围内的系统稳定性[1]。同时尾电流的限制会使得放大器的摆率降低，所以低功耗LDO的另外一个设计难点是：瞬态响应。本文通过引入一个带负反馈的动态偏置缓冲器，不仅解决了LDO频率补偿难的问题，更极大地改善了LDO的瞬态响应。1.1缓冲级的设计对于

8、一般的LD