一種快速響應(yīng)LDO環(huán)路設(shè)計

　　1 引言

　　低壓差線性穩(wěn)壓器LDO(Low Drop-Out regulator)在便攜式電子設(shè)備供電系統(tǒng)中有著越來越廣泛的應(yīng)用。本文根據(jù)LDO穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計一種快速響應(yīng)通路，通過對高頻或快速變化的輸出電壓反饋，使誤差放大器輸出一個大的電壓響應(yīng)。該電路具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好的特點，可廣泛應(yīng)用于不同的低壓差線性穩(wěn)壓器。

　　2 LDO工作原理

?

　　圖1是低壓差線性穩(wěn)壓器的工作原理示意圖。

　　誤差放大器一端接基準電壓Vref，另一端聯(lián)接反饋回路，輸出端連接調(diào)整輸出管Mp。通過比較和放大基準電壓與反饋電壓的差值來控制調(diào)整管的柵極電壓，以此控制通過晶體管的電流，使電路達到一個穩(wěn)定地輸出電壓。

　　3 誤差放大器和緩沖級設(shè)計

　　3.1 簡介

　　圖2為電路原理圖。

?

　　圖2中Vref為基準電壓輸入;Vfb為采樣電壓反饋接人端;Vbh，Vbl分別為高低電平偏置;Vout為輸出電壓反饋。Vo接PMOS調(diào)整管柵極。誤差放大器比較采樣電壓Vfb和基準電壓Vref，從而改變輸出電壓Vo，控制調(diào)整管的輸出電流，實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。

　　M81，M82為差分對輸入管。M105，M106為電流鏡，作差分對管的負載。M88，M89為尾電流源，分別為差分對管提供偏置電流。R20為差分對管的差分交流電流提供流向地的途徑，即R20無共模電流流過，其中點為交流地。Q1，Q98，Q93，Q95，Q9構(gòu)成電流緩沖器，為調(diào)整管柵電容提供大的充放電電流。同時也提高調(diào)整管柵極節(jié)點的極點頻率，即由1/(Roa×Cgs)提高到1/[(2/g)×Cgs]，Roa為誤差放大器輸出電阻，Cgs為調(diào)整管的柵極電容，g為Q98，Q9跨導(dǎo)。利用C4，C5兩個電容兩端電壓不能突變的性質(zhì)，使Q98，Q9的基極電壓的變化保持一致，使電路更加穩(wěn)定。

　　對于直流或低頻Vout信號，M83～M86不會引起壓差放大器輸出信號的變化。但由于旁路電容C1使M83的源極高頻短路，對于Vout信號的快速變化，M83～M86將在壓差放大器的輸出端產(chǎn)生很大的非平衡交流電流，從而造成較大擺幅的輸出電壓變化。這大大提高了壓差放大器對高頻或快速變化的Vout信號的響應(yīng)速度。

　　C3與M81的源極和緩沖級中的Q98的基極相連。對于大信號，如果將共源連接的M81管看作是共漏連接(電壓緩沖)，則M81的源極電壓隨Vfb信號變化;如果忽略Q1，Q95的射極電阻的影響，則C3與C4，C5可看作是電容分壓連接，故其中點(Q98基極)電壓，也將隨Vfb信號變化。對于快速變化的Vfb信號，C3提供了一條由反饋信號到調(diào)整管柵極的快速傳播路徑，而且由于該路徑將壓差放大器旁路，該路徑對反饋信號無增益，避免了由于對調(diào)整管的過分的開關(guān)控制造成的輸出電壓在瞬態(tài)的上沖和下沖。