LDO稳压器高精度电压基准源的分析与设计

一种高电源抑制比输出电压可调的低压差线性稳压器设计随着科技的不断发展,便携式产品在我们的日常生活中起着越来越重要的作用,作为核心的电源管理芯片也迎来了极大的挑战。

根据应用需求和转换过程的不同,电源管理芯片可以划分四类,即交流到交流(AC-AC)、直流到交流(DC-AC)、交流到直流(AC-DC)和直流到直流(DC-DC)。

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)作为DC-DC器件中的佼佼者更是从中脱颖而出。

LDO稳压器以其高精度、高稳定性和外围电路简单等优点,广泛的应用到各种电子产品中。

但是由于自身结构的局限性,LDO只能够实现降压的功能,目前正朝着低功耗、高集成度、高电源抑制比、快速响应、高稳定性的趋势发展。

本文设计了一款高电源抑制比输出电压可调的低压差线性稳压器。

通过提高整个LDO的电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio,PSRR)来降低功耗,提高系统精度,通过对输出电压的可调控制可以增大芯片的应用范围。

具体研究思路:为提高PSRR,对其中关键模块——带隙基准电压源和误差放大器进行了创新设计及优化。

带隙基准电压源采用共源共栅来提高PSRR,采用电流抽取电路结构,在高温阶段抽取与温度正相关电流,低温阶段抽取与温度负相关的电流,使得电压基准源在整个工作温度范围内有多个极值点,降低温漂系数,为系统提供高精度基准电压。

误差放大器采用两级输出加一级缓冲的多级运放结构,其中两级输出保证运放的高增益,缓冲级采用甲乙类推挽式缓冲结构来保证调整管栅极快速充放电,实现快速响应;增加米勒补偿电路来增强系统的稳定性;为电源VDD设计两条信号通路,通过控制通路输出电阻的大小,达到提高PSRR的目的。

为实现输出电压可调、达到扩大输出电压范围的目的,在相应的输出电阻端接入MOS开关管,通过控制各个开关管的栅极电压来控制其关断情况,实现总输出电阻值的调节,进而达到输出电压可调的目的。

基于LDO电压调整器的带隙基准电压源设计张颖斐;姜生瑞;郭丽芳【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2012(000)007【摘要】设计一款应用于电压调整器（LDO）的带隙基准电压源。

电压基准是模拟电路设计必不可缺少的一个单元模块,带隙基准电压源为LDO提供一个精确的参考电压,是LDO系统设计关键模块之一。

本文设计的带隙基准电压源采用0.5μm标准的CMOS工艺实现。

为了提高电压抑制性,采用了低压共源共栅的电流镜结构,并且在基准内部设计了一个运算放大器,合理的运放设计进一步提高了电源抑制性。

基于Cadence的Spectre进行前仿真验证,结果表明该带隙基准电压源具有较低的变化率、较小的温漂系数和较高的电源抑制比,其对抗电源变化和温度变化特性较好。

%Design of an applied voltage regnlator （ LDO ） to the bandgap reference voltage source. Voltage reference is indispensable to a unit module to analog circuit design, Bandgap reference voltage source to provide a precise reference voltage for the LDO, It Is one of the key modules of the LDO system design. In this paper, the design of bandgap voltage reference with 0.5 pL m standard CMOS technology. In order to improve the voltage suppressor, adopts a low-voltage cascode current mirror structure, and in the base internal design of an operational amplifier, a reasonable operational amplifier design further improve power s suppressor. Based on the Cadence Spectre simulation validation, The results show that the band gap reference voltage source has a low rate ofchange, small temperature drift coefficient and high power supply, its combat power change and temperature change characteristics of good.【总页数】6页(P60-64,75)【作者】张颖斐;姜生瑞;郭丽芳【作者单位】兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TN432【相关文献】1.一种基于LDO稳压器的带隙基准电压源设计 [J], 金梓才;戴庆元;黄文理2.基于LDO稳压器的带隙基准电压源的设计 [J], 张慧敏;崔新;杨硕3.一种基于LDO稳压器的带隙基准电压源设计 [J], 张博亮4.基于数字修调技术带隙基准电压源的设计 [J], 付英;刘斌5.基于硅带隙能量的1.2V基准电压源设计 [J], 冯超;汪金辉;万培元;侯立刚;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

目录目录第一部分应用 (1)LDO的分析与设计 (1)LDO芯片的特点 (1)LDO芯片的详细性能参数 (1)第二部分电路设计报告 (5)整体电路上电启动模块 (5)电流偏置模块 (7)带有修调功能的基准模块 (11)带隙基准源的修调电路设计 (21)预调整放大器模块 (23)低通滤波器模块 (27)保护电路模块 (31)电压跟随器模块 (39)第三部分总体电路的仿真 (43)直流参数 (44)线性调整率 (45)负载调整率 (46)静态电流 (46)瞬态仿真 (47)噪声仿真 (48)交流特性仿真 (49)PSRR特性仿真 (52)第四部分LDO芯片版图设计 (56)电子科技大学VLSI设计中心第一部分应用LDO的分析与设计本论文完成了一种应用于集成于射频芯片的LDO的分析与设计。

本文主要从稳定性、负载瞬态响应、电源抑制比和噪声四个方面进行了分析。

然后，采用SMIC 0.18μm CMOS工艺完成了包括功率调整管、电阻反馈网络和误差放大器三个部分的电路设计，并用Cadence Spectre对设计的整体电路进行了仿真和优化，最终实现电路的设计要求，而且可以在片内集成。

可在0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，电路正常工作时温度范围：-55℃~+125℃，该电路工作电压范围为2.1～3.6V，输出电压1.8V，输出电压在全范围的波动：≤4mV，输出电压准精度：≤10mV，最小压差在300mV以下，静态电流≤60uA；在10Hz～100KHz 范围内的内部输出噪声积分约为，≤20μVRMS@20mA、≤50μVRMS@80mA、≤100μVRMS @300mA；电源抑制比（PSRR，在10KHZ以下）：≥60dB@20mA、≥60dB@80mA、≥60dB@300mA；线性调整率：≤0.1%；负载调整率：≤1%；启动时间：≤100us；电压瞬态响应：≤30us；负载瞬态响应：≤50us；输出启动电压过冲：≤100mV；集成输入欠压过压保护、输出断路保护。

一种低功耗宽频带LDO线性稳压电路设计
 1 引言
随着集成电路规模的发展，电子设备的体积、重量和功耗越来越小，这对电源电路的集成化、小型化及电源管理性能提出了越来越高的要求。

而随着片上系统（SOC）的不断发展，单片集成的LDO 线性稳压器的应用也越来越广泛[1]。

对于片内的LDO，最担心的是寄生电容过大引起不稳定，论文针对片内应用而设计的这款LDO，能保证在uF 级别的寄生电容范围内都可以正常工作，毕竟寄生电容再大也不至于是μF级别的。

功耗是LDO 线性稳压器的重要指标之一，一般的LDO 功耗都在几十μA以上，例如文献[2]中电路的静态电流为38μA，文献[3]中静态功耗高达65μA，而本文的静态功耗做到10μA左右，不仅功耗低，本文中第二级靠电阻的电流关系提供了一个小增益级，并且提高了整个LDO的带宽。

2 LDO 电路组成原理与关键模块设计
2.1 电路基本工作原理
图1 是LDO 线性稳压器的结构框图，由下面几个部分组成：基准电压源（Vref）、误差放大器、同相放大器、反馈电阻网络、调整管等。

其中基准电压源输出参考电压Vref, 要求它精度高，温漂小。

误差放大器将输出反馈回来的电压与基准电压Vref 进行比较，并放大其差值，其经过同相放大。

ldo的参考电压摘要：1.LDO简介2.LDO的工作原理3.LDO的参考电压的作用4.选择LDO参考电压的注意事项5.LDO应用场景及优势6.总结正文：LDO（Low Dropout）线性稳压器是一种电源管理器件，广泛应用于各种电子设备中。

它具有输出电压精度高、输出电流大、静态电流小、噪声低等优点，能够在较宽的输入电压范围内稳定工作。

本文将详细介绍LDO的参考电压、工作原理、应用场景及选择参考电压的注意事项。

一、LDO简介LDO线性稳压器是一种采用晶体管或其他器件作为调整元件的线性稳压器。

与传统的线性稳压器相比，LDO在输出电流较大时，具有更低的输出电压降。

这使得LDO在许多低电压、高精度应用中具有优越性能。

二、LDO的工作原理LDO的工作原理是通过调整晶体管的导通程度来实现输出电压的稳定。

当输入电压变化时，晶体管的导通程度也会相应改变，从而使得输出电压保持恒定。

在这个过程中，参考电压起到了关键作用。

三、LDO的参考电压的作用参考电压是LDO正常工作的基准，它决定了LDO输出电压的精度。

在LDO内部，参考电压与晶体管的导通程度密切相关。

当参考电压发生变化时，晶体管的导通程度也会相应改变，进而影响输出电压的稳定性。

四、选择LDO参考电压的注意事项1.精度要求：根据不同应用场景，选择合适精度的参考电压。

一般来说，精度越高，价格越贵。

2.工作电压范围：选择与设备输入电压相匹配的参考电压，以确保LDO正常工作。

3.输出电流：根据设备需求选择合适的输出电流，过大可能导致LDO过热，过小可能无法满足设备需求。

4.稳定性：选择稳定性好的参考电压，可以提高LDO的工作可靠性。

五、LDO应用场景及优势1.低电压应用：LDO在低电压环境下具有优越性能，可以提供稳定的输出电压。

2.高精度应用：由于LDO输出电压精度高，因此在需要高精度电压控制的场合，LDO是理想的选择。

3.电源管理：LDO可广泛应用于各种电源管理场景，如电池充电、电源转换等。

LDO稳压器工作原理详细分析随着便携式设备（电池供电）在过去十年间的快速增长，象原来的业界标准LM340和LM317这样的稳压器件已经无法满足新的需要。

这些稳压器使用NPN达林顿管，在本文中称其为NPN稳压器（NPN regulators）。

预期更高性能的稳压器件已经由新型的低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（quasi-LDO）实现了。

NPN稳压器（NPN regulators）在NPN稳压器（图1：NPN稳压器内部结构框图）的内部使用一个PNP管来驱动NPN达林顿管（NPN Darlington pass transistor），输入输出之间存在至少1.5V～2.5V的压差（dropout voltage）。

这个压差为：Vdrop＝2Vbe＋Vsat（NPN稳压器）（1）LDO稳压器（LDO regulators）在LDO(Low Dropout)稳压器（图2：LDO稳压器内部结构框图）中，导通管是一个PNP管。

LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降，满载（Full-load）的跌落电压的典型值小于500mV，轻载（Light loads）时的压降仅有10～20mV。

LDO的压差为：Vdrop＝Vsat（LDO稳压器）（2）准LDO稳压器（Quasi-LDO regulators）准LDO（Quasi-LDO）稳压器（图3：准LDO稳压器内部结构框图）已经广泛应用于某些场合，例如：5V到3.3V转换器。

准LDO介于NPN稳压器和LDO稳压器之间而得名，导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管。

因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO之间：Vdrop＝Vbe＋Vsat（3）稳压器的工作原理（Regulator Operation）所有的稳压器，都利用了相同的技术实现输出电压的稳定（图4：稳压器工作原理图）。

输出电压通过连接到误差放大器（Error Amplifier）反相输入端（Inverting Input）的分压电阻（Resistive Divider）采样（Sampled），误差放大器的同相输入端（Non-inverting Input）连接到一个参考电压Vref。

ldo的参考电压LDO（Low Dropout）线性稳压器是一种广泛应用于低电压、低功耗电子设备的电源管理芯片。

在LDO中，参考电压是一个关键参数，它对整个电路的性能有着重要影响。

本文将介绍LDO的参考电压，分析其作用和调整方法，并探讨参考电压对LDO性能的影响。

1.LDO简介LDO是一种具有低输出电压噪声、低输入电压范围和低输出电流能力的线性稳压器。

它能在很宽的输入电压范围内工作，为负载提供稳定的输出电压。

LDO广泛应用于便携式电子设备、通信设备、嵌入式系统等领域。

2.LDO的工作原理LDO的工作原理主要是通过调整晶体管的导通程度来实现输出电压的稳定。

在LDO电路中，参考电压是一个重要的控制信号，用于控制晶体管的导通程度。

3.LDO的参考电压的作用参考电压在LDO中起到关键作用，它决定了LDO的输出电压精度、输出电流能力等性能指标。

参考电压通过基准源电路产生，通常为固定的1.2V或1.5V。

在LDO的工作过程中，参考电压与输入电压、输出电压之间存在一定的关系，通过调整参考电压，可以实现LDO输出电压的稳定。

4.调整参考电压的方法调整参考电压的方法主要有两种：（1）改变晶体管的导通程度：通过调整晶体管的导通程度，可以改变输出电压。

导通程度受到参考电压的控制，因此，调整参考电压可以实现输出电压的稳定。

（2）改变参考电压源的增益：参考电压源的增益决定了参考电压的大小。

通过改变增益，可以实现参考电压的调整，从而达到稳定输出电压的目的。

5.参考电压对LDO性能的影响参考电压对LDO的性能有很大影响，主要包括以下几个方面：（1）输出电压精度：参考电压的精度直接影响到LDO的输出电压精度。

参考电压越高，输出电压精度越好。

（2）输出电流能力：参考电压决定了LDO的输出电流能力。

一般情况下，参考电压越高，输出电流能力越大。

（3）电源抑制比：参考电压对电源抑制比也有影响。

参考电压越高，电源抑制比越好，抗干扰能力越强。

LDO工作原理详解LDO（Low Drop-Out）是一种常用于电子设备中的线性稳压器件，其作用是将输入电压稳定地转换为较低的输出电压。

相比于传统的线性稳压器，LDO具有较低的压降和较高的输出电流能力。

在本文中，我将详细介绍LDO的工作原理。

LDO的基本原理是通过对输入电压进行线性调节来获得稳定的输出电压。

其主要的组成部分包括基准电压源、误差放大器、功率管和反馈环路。

首先，基准电压源产生一个稳定的参考电压，这个电压通常是一个稳定的参考电压源芯片产生的。

这个基准电压是LDO中非常重要的一个部分，它决定了LDO的输出电压的稳定性。

稳定的基准电压源有助于LDO实现较高的稳定性和准确的输出电流。

接下来，误差放大器通过将输入电压与基准电压进行比较来产生误差信号。

如果输入电压下降，误差信号将会增加，而如果输入电压上升，误差信号将会减小。

这个误差信号被反馈回到LDO的内部，控制功率管的导通程度，从而控制输出电压的稳定性。

误差放大器通常由一个差分放大器和一个错误放大器组成，用于放大输入电压和反馈电压之间的差异。

功率管是LDO中的核心部分，它根据误差放大器的控制信号来调节输出电压。

当误差放大器接收到一个较高的误差信号时，功率管将会被导通，从而降低输出电压。

反之，当误差放大器接收到一个较低的误差信号时，功率管将会被关闭，从而提高输出电压。

功率管的导通和关闭控制通过一个差分放大器实现，它将LDO输出电压和参考电压进行比较，并将结果反馈给功率管。

最后，反馈环路用于将输出电压信号反馈回误差放大器，以保持稳定的输出电压。

当输出电压偏离参考电压时，反馈环路将会对误差放大器产生一个调节信号，从而调节功率管的导通程度，使输出电压恢复到设定值。

总结起来，LDO通过基准电压源、误差放大器、功率管和反馈环路的配合工作来实现输入电压的稳定转换为较低的输出电压。

基准电压源产生一个稳定的参考电压，误差放大器将输入电压和参考电压进行比较，功率管根据误差放大器的控制信号调节输出电压，反馈环路用于保持输出电压的稳定性。