摘要: 微电子系统运行速度越来越快，对供电系统的要求也越来越严格，作为供电系统重要部分的低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）也因此也面临着日趋严苛的要求，包括更快的响应速度，更低的噪声，更高的电源抑制比、更低的功耗和更高的集成度... 展开 微电子系统运行速度越来越快，对供电系统的要求也越来越严格，作为供电系统重要部分的低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）也因此也面临着日趋严苛的要求，包括更快的响应速度，更低的噪声，更高的电源抑制比、更低的功耗和更高的集成度，然而目前尚未有哪种方案能够满足所有要求。 本文针对高速高精度系统的供电要求，采用标准28nmCMOS工艺和1.9V电源电压设计一款具有低噪声和快速响应性能、无需片外电容的LDO，最大负载电流为50mA。 首先，针对低噪声要求，将LDO接成单位增益形式，避免对误差放大器的等效输入噪声和基准电压的噪声进行放大。在带隙基准源之后接了一个电平移位电路，以对带隙基准电压进行移位，同时在电平移位电路与误差放大器之间接一个低通滤波器来隔离基准源的噪声，这使得误差放大器噪声在LDO输出噪声中占据主导地位。将误差放大器中产生较大噪声的MOS管偏置电流源替换成三极管偏置电流源，同时增大输入对管的面积和跨导，以降低输入端的等效参考噪声。本文在10-100kHz的频带内，LDO的输出积分噪声为7.3μVRMS。 其次，对于快速响应的要求，通过两个方面来实现。一是提升误差放大器的带宽，在差分运放和功率管之间增加源跟随器结构，并通过三极管将源跟随器的输出阻抗进一步减小，使功率管栅极极点位于更高频，并增强对功率管栅极的驱动能力，同时利用N型MOS管作为功率管，源级作为输出端，使得输出端阻抗降低，使LDO的输出极点也位于高频，通过此两种方法可以大幅提升带宽，优化LDO的瞬态响应。二是增加摆率增强电路（SRE），通过检测LDO输出端电压的瞬态变化量，提高功率管栅极的充、放电电流，大幅提高功率管栅极的电压摆率，有效降低输出电压的下冲和过冲值。依据仿真结果，负载电流在10ns内跳变50mA，输出下冲电压不超过70mV，恢复时间少于40ns，过冲电压不超过60mV，恢复时间少于30ns。 最后，为提高芯片的可靠性，增加过温和过流保护功能。过温保护具备迟滞功能，避免温度波动导致芯片的反复启动，过流保护同样具备迟滞效果，避免了功率管因负载波动导致的反复开断，同时过流保护设计成折返式保护结构，避免输出短接时依然有大电流经过。 收起