高穩(wěn)定性LDO瞬態(tài)響應(yīng)特性的研究及設(shè)計.pdf

1、電源管理芯片在現(xiàn)代的電子設(shè)備中具有日益重要的作用，越來越多的電池供電的手持電子產(chǎn)品需要電源管理芯片能夠延長電池的壽命，從而延長電子產(chǎn)品的工作周期。LDO能夠提供穩(wěn)定的、幾乎無紋波的輸出電壓，因而以其良好的穩(wěn)壓和快速瞬態(tài)響應(yīng)性能而在現(xiàn)代電源管理單元中發(fā)揮重要的作用。市場和技術(shù)的進步推動電子產(chǎn)品向著全集成（包括電源管理單元）的方向發(fā)展，因此近來的研究大多集中在應(yīng)用于片上系統(tǒng)(SoC)方案的無片外電容LDO上。
　　但無片外電容型LDO

2、的實現(xiàn)卻面臨諸多設(shè)計難點，其中一個最大的問題就是系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的變壞。沒有了片外大電容的穩(wěn)壓作用，當(dāng)LDO的負載瞬間變化較大時，系統(tǒng)輸出電壓的過沖和下沖值都會變得更大。無片外電容LDO的瞬態(tài)響應(yīng)特性一般與功率管柵極的擺率(slew-rate)關(guān)系密切，通常情況下功率管柵極擺率是一個較大的值。本文基于對無片外電容LDO設(shè)計難點的分析，首先分析了負反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性判定理論，然后分別從環(huán)路小信號響應(yīng)和大信號響應(yīng)兩個方面討論了LDO系統(tǒng)穩(wěn)定性，并從

3、頻率補償和負載瞬態(tài)響應(yīng)改善的角度研究了提高LDO系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施，在對國內(nèi)外文獻研究基礎(chǔ)上提出了本論文采用的頻率補償和負載瞬態(tài)響應(yīng)改善方法。最后基于對本文工藝條件的分析，進行了本文LDO實際電路的設(shè)計實現(xiàn)。
　　本論文設(shè)計主要從動態(tài)零點頻率補償和負載瞬態(tài)響應(yīng)增強兩個方面提高LDO的穩(wěn)定性:
　　(1)動態(tài)零點頻率補償電路，通過串聯(lián)一個柵源電壓隨系統(tǒng)工作狀態(tài)變化的MOS管與一個補償電容加載在功率管柵極和輸出節(jié)點之間，因為MOS

4、管等效為一個動態(tài)電阻，可以得到一個動態(tài)零點，用來抵消系統(tǒng)第二個極點，從而提高系統(tǒng)單位增益帶寬和相位裕度;
　　(2)瞬態(tài)響應(yīng)增強電路，本論文設(shè)計采用功率管柵極驅(qū)動方法，通過采集誤差放大器支路電流因負載跳變而產(chǎn)生的變化，經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)化為一路驅(qū)動電流加速對功率管柵極電容的充放電，縮短功率管調(diào)整時間，從而改善LDO大信號穩(wěn)定性。
　　本論文電路基于0.25μm BCD工藝進行設(shè)計與仿真，通過仿真驗證，本論文采用的動態(tài)零點頻率補償電