关于低电压低静态电流LDO电路的设计（二）

简介：
本文为系列文章第二部分，专注于低电压、低静态电流LDO电路设计的技术细节与优化策略，探讨其在便携式电子设备中的应用。 随着过去几十年掌上智能终端的快速发展，低压差线性稳压器（Low Drop-out Regulator, LDO）因其低功耗、高电源抑制比、体积小以及电路设计简单等优点，在众多领域得到了广泛应用。LDO大多在轻负载条件下工作，因此其静态电流消耗对电池寿命有着重要影响。 现代电子设备中，尤其是便携式设备里，低电压和低静态电流的LDO是关键组件之一。它们直接影响到电池的续航能力。LDO的主要任务是在输入端提供较高的电压，并将其转换为稳定的较低输出电压；同时保持高电源抑制比（PSRR），这意味着它能有效地过滤掉电源噪声，确保负载获得纯净、稳定的工作电压。由于LDO通常在低负载条件下工作，因此其静态电流的消耗至关重要，因为它直接影响到设备待机时的功耗和电池寿命。 本段落介绍了一种精简结构设计的低电压低静态电流LDO电路。该电路的核心是一个A类共源级输出级，包括PMOS功率管M1、三极管Q1和Q2以及电阻R1、R2、R3，Resr和一个用于动态响应优化及环路稳定性的补偿电容C1。通过调整M1的宽长比来提升驱动大负载电流的能力，并减少寄生电容以提高能量转换效率。 带隙基准电路由三极管Q1、Q2和相关电阻构成，精心设计了Q2射极面积与Q1及Q3的比例关系，确保基准电压的准确性和稳定性。三极管Q3配合M6形成共集电级配置，提供高增益以增强环路稳定性能。缓冲阶段采用了PMOS负载连接二极管结构的共源级设计，这种布局既保证了低输出阻抗又能实现180°相位偏移，从而产生负反馈并确保系统稳定性。 为了在轻载条件下维持适当的偏置电流，M3辅助支持M4以防止其栅源电压过低影响Q3的工作状态和增益能力。通过结合三极管Q4与PMOS M7构建的偏置电路使Q1和Q3集电极电流相等，并利用M5、M8及M9组成的启动电路确保LDO在输入电压初期阶段能正确运行。 该设计采用CSMC 0.5 μm双阱CMOS工艺进行仿真验证，能够满足不同工艺条件下驱动30mA负载电流并保持1.14V稳定输出的需求。通过补偿电容C1外接串联电阻的方法引入了左半平面零点以增加环路相位裕度，并确保系统稳定性。仿真实验表明，在负载电流从0到30mA快速变化时，输出电压的最大波动仅为9mV，展示了其优异的动态响应性能。 这种设计通过整合带隙基准源和误差放大器实现了低静态电流消耗以及良好的瞬态响应特性，对于延长电池寿命及优化便携式设备能源效率具有重要意义。适用于对功耗敏感的应用场景如物联网设备、穿戴装置和移动通信装备等。