CMOS单片ldo线性稳压器的设计.pdfVIP

第7 卷 第4 期 电路与系统学报 Vol.7 No.4 2002 年 12 月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS December, 2002 文章编号：1007-0249 (2002) 04-0005-04 CMOS 单片LDO 线性稳压器的设计* 刘其贵， 李建中， 郭振东， 魏同立 ( 东南大学 微电子中心，江苏 南京 210096 ) 摘要：设计出一种低压差线性稳压器，并对其结构和工作原理进行分析，重点讨论了各个关键电路模块的设计， Hspice 模拟结果验证了设计的正确性。 关键字： 低压差；线性调整；负载调整；瞬态特性 中图法分类号：TN43 文献标志码：A 1 引言 DC/DC 变换器已广泛应用于便携式电子系统中，如笔记本计算机、蜂窝电话、寻呼机、PDA 等。 LDO(Low Dropout)属于DC/DC 变换器中的降压变换器，它具有低成本、低噪声、低功耗等突出优点， 另外它的外围器件也很少，通常只有 1~2 个旁路电容。 近年来电子产品的工作电压越来越低，从以前的 5V 逐步降为 3.3V、2.5V，甚至更低，因此必须 提高 LDO 的电源利用率，这就要求LDO 具有尽可能低的压差。早期采用NPN 达林顿管作为调整管， 其压差在2.5V~3V 之间；改用PNP 和NPN 结构后，其压差降为 1.2V~1.5V 之间；采用PNP 管作为调 [1] 整管，其压差可以降到0.3V~0.6V 之间；若采用P 沟道功率MOSFET ，则可以进一步减小压差 。 设计的LDO 采用PMOS 晶体管作为调整管，其压差设计为0.12V，另外该LDO 还具有选通/关闭 电源功能、温度保护电路和宽的电源电压工作范围(3.42V~10V) 。 2 LDO 电压变换器的电路组成与工作原理 LDO 电路设计如图1 所示，图中 VCC 、VO U T 分别为输入、 输出电压；K 、K 、K 和 K 均为 CMOS 开关；EN 为使能 1 2 3 4 信号；OR1 为或门；A1 为误差放大器；V 为基准电压； REF VCOMPOUT 为温度保护电路产生的控制信号；D 、G 和 S 分别 为PMOS 调整管的漏、栅和源端；R1 和R2 为取样电阻。 系统各组成部分和要求如下： 1) 基准电压源，要求精度高、温度漂移小。 图1 LDO 电路结构示意图 2) 电压误差放大器A1 ，要求增益高、失调小、功耗低。 3) 电压差负载器件，即PMOS 管，其源漏承担了输入和输出之间的全部电压之差。 4) 反馈取样电阻，要求电阻比的精度高、温度漂移小，阻值大，功耗低。 5 ）温度保护电路，具有史密特触发特性。即温度高于 160℃时该电路将系统关断，而在温度低于 120℃时系统又重新正常工作。 6) CMOS 开关和倒相器，控制系统的开与关两种工作状态。 初始时刻EN 为低电位，开关 K1 和K2 闭合，VCOMPOUT 为低电位，K3 闭合、K4 断开，整个系统正 常工作。在工作期间，电路的温度会随耗散功率的增大而升高，当温度升高到 160 ℃时，温度保护电 路启动，V 变为高电平，将开关 K 断开、K 合上，系统不再工作，温度下降，当温度下降到 COMPOUT 3 4 120℃时，VCOMPOUT 变为低电位，整个系统又开始正常工作。 * 收稿日期：2001-09-03 修订日期：2001-10-30 6 电路与系统学报 第7 卷 3