隨著筆記本電腦、手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備的普及，對應(yīng)各種電池電源使用的集成電路的開發(fā)越來越活躍，高性能、低成本、超小型封裝產(chǎn)品正在加速形成商品化。LDO（低壓差）型線性穩(wěn)壓器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、低噪聲、小尺寸等特點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品中獲得了廣泛應(yīng)用。

　　在便攜式電子產(chǎn)品中，電源效率越高意味著電池使用時(shí)間越長，而線性穩(wěn)壓器效率=輸出電壓×輸出電流/輸入電壓×輸入電流×100%，因此，輸入與輸出電壓差越低、靜態(tài)電流（輸入電流與輸出電流之差）就越低，線性穩(wěn)壓器的工作效率就越高。

　　本文設(shè)計(jì)的低壓差線性穩(wěn)壓器其輸出電壓為2.5V或輸出可調(diào)，滿足當(dāng)負(fù)載為1mA時(shí)，最小輸入輸出壓差為0.4mV，當(dāng)負(fù)載為300mA時(shí)，壓差為120mV，電源電壓工作范圍為2.5～6V。

　　電路結(jié)構(gòu)與工作原理

　　低壓差線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，電路由調(diào)整管，帶隙基準(zhǔn)電壓、誤差放大器、快速啟動(dòng)、過流限制、過熱保護(hù)、故障檢測、及取樣電阻網(wǎng)絡(luò)等模塊 組成，并具有使能、輸出可調(diào)等功能。調(diào)整管作為壓差的負(fù)載器件，要滿足本設(shè)計(jì)的要求，對于它的選擇需重點(diǎn)考慮：首先比較三極管和MOS管，由于三極管是流 控器件，而MOS管是壓控器件，比較而言MOS管結(jié)構(gòu)的靜態(tài)電流更低。其次，NMOS管工作時(shí)需一比輸出電壓高的驅(qū)動(dòng)信號，而PMOS管則無此需求，特別 在低輸入電壓時(shí)要產(chǎn)生一高的驅(qū)動(dòng)電壓變得較困難。因此，本文采用PMOS管作為調(diào)整管。

　　圖1 低壓差線性穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)

　　電路的工作原理是：在電路上電過程中，快速啟動(dòng)電路內(nèi)有一個(gè)500μA的電流源的對CC端的旁路電容C充電，使電路盡快上電啟動(dòng)，誤差運(yùn)放的同相端 經(jīng)由取樣電阻R1、R2對輸出電壓V0采樣，再與Vref比較后輸出放大信號，控制調(diào)整PMOS管的柵極電壓，使輸出電壓V0保持穩(wěn)定，即：

　　電路在工作過程中出現(xiàn)過流、過熱情況時(shí)，過流限制與過熱保護(hù)電路會(huì)快速響應(yīng)，調(diào)整管的導(dǎo)通狀態(tài)會(huì)被減弱、關(guān)斷，保護(hù)電路不致?lián)p壞，同時(shí)故障檢測電路 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號。使能端接高電平時(shí)電路正常工作;當(dāng)使能端為低電平時(shí)，基準(zhǔn)電路及調(diào)整PMOS管關(guān)斷，電路處于等待狀態(tài)。

　　關(guān)鍵特性分析及設(shè)計(jì)考慮

　　1、漏失電壓（VDO）和靜態(tài)電流（Iq）

　　漏失電壓定義為維持穩(wěn)壓器正常工作的最小輸入輸出電壓差，它是反映調(diào)整管調(diào)整能力的一個(gè)重要因素。對采用PMOS管作調(diào)整管的電路，漏失電壓由導(dǎo)通 電阻（Ron）和負(fù)載電流（Io）確定，即： VDO = Io×Ron.低壓差線性穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流為輸入電流與輸出電流之差，即： Iq = Ii - Io.靜態(tài)電流由偏置電流和調(diào)整管的柵極驅(qū)動(dòng)電流組成。對PMOS調(diào)整管而言，柵極由電壓驅(qū)動(dòng)，幾乎不產(chǎn)生功耗。在穩(wěn)壓器承載小負(fù)載或空載時(shí)，漏失電壓 極低，靜態(tài)電流等于穩(wěn)壓器工作時(shí)的總偏置電流。設(shè)計(jì)時(shí)注意使PMOS調(diào)整管的導(dǎo)通電阻和漏電流盡可能做小，各模塊電路在小電流狀態(tài)下能正常工作。

　　2、功耗（ Pw）和效率（η）

　　低壓差線性穩(wěn)壓器的功耗為輸入能量與輸出能量之差，即：

　　PW = VI II - VO IO = （ VI - VO） IO + VI Iq

　　上式中，前一項(xiàng)是調(diào)整管產(chǎn)生的功耗，后一項(xiàng)是靜態(tài)電流功耗。穩(wěn)壓器效率如前所述可表示為：

　　η= IO VO / （ IO + Iq ） VI×100 %

　　功耗與效率的表達(dá)式充分說明對于低壓差線性穩(wěn)壓器，低漏失電壓、低靜態(tài)電流意味著低功耗、高效率。

　　3、負(fù)載調(diào)整能力和電壓調(diào)整能力

　　負(fù)載調(diào)整能力指當(dāng)輸出電流變化時(shí)，輸出電壓維持一定值的能力，定義為：ΔVO /ΔIO，它表征了負(fù)載變化而穩(wěn)壓器維持輸出在標(biāo)稱值上的能力，該值越小越好。電壓調(diào)整能力指當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓維持一定值的能力，定義 為：ΔVO /ΔVI，它表征了輸入電壓變化而穩(wěn)壓器維持輸出在標(biāo)稱值上的能力，該值也是越小越好。對圖1的電路結(jié)構(gòu)其負(fù)載調(diào)整能力和電壓調(diào)整能力分別為：

　　其中g(shù)m為調(diào)整管的跨導(dǎo);Aod為誤差放大器的開環(huán)差模增益;Rds為調(diào)整管源漏間的等效電阻;RL為負(fù)載電阻;R1、R2為取樣電阻。由上式可見，減小ΔVO÷ΔIO和ΔVO÷ΔVI的關(guān)鍵是盡可能增大gm和Aod.

　　4、瞬態(tài)響應(yīng)

　　瞬態(tài)響應(yīng)是穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)特性，指負(fù)載電流階躍變化引起輸出電壓的瞬態(tài)脈沖現(xiàn)象和輸出電壓恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間，與輸出電容COUT和輸出電容的等效串聯(lián)電阻RESR，以及旁路電容Cb有關(guān)，最大瞬態(tài)電壓脈沖值ΔVTR（MAX）為：

　　其中： IO（MAX）是指發(fā)生階躍變化的最大負(fù)載電流;Δt1是穩(wěn)壓器閉環(huán)的響應(yīng)時(shí)間，與穩(wěn)壓器閉環(huán)帶寬（0dB頻率點(diǎn)）有關(guān)。設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)需考慮降低穩(wěn)壓器的瞬態(tài)電壓脈沖，即提高穩(wěn)壓器的帶寬，增大輸出和旁路電容，降低其等效電阻。

　　5、輸出精度

　　穩(wěn)壓器的輸出精度是由多種因素的變化在輸出端共同作用的體現(xiàn)，主要有輸入電壓變化引起的輸出變化ΔVLR、負(fù)載變化引起的輸出變化ΔVLDR、基準(zhǔn) 漂移引起的輸出變化ΔVref、誤差放大器失調(diào)引起的輸出變化ΔVamp、采樣電阻阻值漂移引起的輸出變化ΔVres、以及工作溫度變化引起的輸出變化 ΔVTC，輸出精度ACC由下式給出：

　　其中ΔVref、ΔVamp及ΔVres對ACC影響較大，故基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器及采樣電阻網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮。