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(多图) LDO线性稳压器中高性能误差放大器设计

孙毛毛 冯全源?? 2008年12月26日 ?? 收藏0

  对图3的电路结构进行PSRR的Spice仿真,如图4所示。从图4中可以看到,在频率小于1kHz时,该放大器的PSRR值高达119dB。因此,该放大器满足LDO线性稳压器的性能要求。

本设计中放大器的PSRR

图4 本设计中放大器的PSRR

  在图5所示的LDO线性稳压器的电路结构中,误差放大器的输出端连接调整管(本设计中为PMOS管)。为获得低压差(Vdrop—out=RonIo),需要降低调整管的Ron。为达到这个目的,一方面需要增大PMOS晶体管的栅宽;另一方面,需要误差放大器具有较高的电压裕度。为获得高的PSRR,采用共源共栅结构,使电压裕度减少,输出电阻增大。输出电阻的增大,会使LDO线性稳压器的寄生极点公式小于系统的UGF,从而影响整个LDO线性稳压器系统的稳定性。因此,在LDO线性稳压器中,虽然引入第二级放大器降低了高频时的PSRR,但为了减弱上述两方面的影响,引入第二级缓冲放大器还是必要的。

LDO线性稳压器的结构

图5 LDO线性稳压器的结构

公式

  LDO稳压器的PSRR分析与仿真

  在LDO线性稳压器中,整个系统的开环增益(在图5中断开F处反馈时的开环增益)决定了低频时的PSRR;而高频时的PSRR主要受输出端的输出导纳、输出电容(很大)及调整管的栅2漏电容的影响。

  图6是采用本文设计的共源共栅放大器的LDO线性稳压器的PSRR Spice仿真结果。从图中可以看出,频率在2kHz以内,整个LDO线性稳压器的PSRR约为99dB。该LDO线性稳压器中的调整管采用PMOS,因而带宽较窄。如要增大带宽,可使用NMOS调整管,但相应地,PSRR值会下降。

LDO线性稳压器的PSRR

图6 LDO线性稳压器的PSRR

  结论

  本文设计了一个具有高PSRR性能的共源共栅差分运算跨导放大器。Spice仿真结果表明,该放大器对电源波动的抑制能力与普通结构相比有显著提高,且电路结构简单,晶体管数量少,减小了静态电流,完全可满足超低功耗LDO线性稳压器的性能要求。该电路已经成功地应用在一个超低功耗LDO线性稳压器芯片中,市场反映良好。

  参考文献:

  [1]Steyaert M S J,Sansen W M C. Power supply rejection ratioin operational trans-conductance amplifiers[J]. IEEE Trans Circuits and Systems,1990,37(9):107721080.


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LDO? 稳压器? 放大器? PSRR?

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