唐山变压器厂

　　随着便携式电子产品的广泛应用，电源管理芯片成为必不可少的关键部分。低压差（LDO：Low线性唐山干式变压器是电源管理芯片中的一种，而无片外电容型的LDO唐山干式变压器因具有节省芯片面积、应用成本低的特点13，成为行业更加关注的焦点。笔者基于0.35pmCMOS（ComplementaryMetal OxideSemi-conductor）工艺设计了一种高性能无片外电容低压差线性唐山干式变压器，其中设计的负载瞬态响应增强结构和电SupplyReectionRatio，RpSRR）增强网络，明显降低了由于芯片受负载变化以及电源基金项目：国家自然科学基金资助项目（61076046）），女，哈尔滨人，吉林大学教授，博士生导师，主要从事半导体光电器件研究，（Tel）86（E-mail）yz886666噪声干扰对输出电压的影响。采用密勒补偿法保证系统稳定工作，允许输入电压变化范围为3~5V，系统稳定输出为2. 8V，负载瞬态响应过冲电压小于55mV，电源抑制比在1MHz时为-46dB，笔者设计的LDO是款综合性能良好的芯片。

　　1高性能无片外电容LDO唐山干式变压器设计方案为笔者设计的无片外电容LDO的系统结构，主要包括误差放大器EA、电源干扰抑制比PSRR增强网络、负载瞬态响应增强网络、补偿电容（Cd、Cc21和Q22）、功率调整元件Mp以及电阻采样网络。

　　1.1负载瞬态响应增强网络设计在无片外电容LDO负载瞬态响应中，输出电压冲A匕的表达式为08其中W为带宽疋为负载电流瞬间变化时对功率调整元件栅极的充放电流。从式⑴可看出，提高参数/可使输出电压过冲A匕减小，即增强了负载的瞬态响应。笔者通过设计的两条通路产生的电流实现该方案（见）。第1条通路由和Mn7构成，Mg和I构成一个简单的反相器，其跨导比例为。在负载发生瞬间变化时，输出电压V也会随之变化。假设输出电压V增大，通过电阻采样网络使反馈电压Vfb增大，从而误差放大器的输出电压Vea变大，Lea经过反相器Mrf和Mn5，Mn7的栅极电压减小，使流经Mn7的源漏电流变小，等效为流向功率调整元件栅极的电流增大；第2条通路由Mn6、Mp8和Mp9构成，设Mp8和Mp的电流镜像比为a，当误差放大器的输出电压Vea变大时，即Mn6的栅极电压增大，会使流经Mn6的源漏电流增大，Mg和Mp9将电流镜像，使流经Mp9的源漏电流增大，该电流可以看做是另一路流向功率调整元件栅极的充电电流。

　　综合上面的分析，当负载电流发生瞬间变化时，由所设计的两条通路产生的电流会同时流向功率调整元件栅极，从而加大功率调整元件栅极的充放电流，即其中gm为MOS管的跨导，其下标号与MOS管的下标号相对应。由式（2）可见，若要增大无片外电容低压差线性唐山干式变压器的负载瞬态响应特性，可通过以下几种方案实现：增大Mn4和Mn5反相器的跨导比值yS，增大lMn，和Mn6的跨导gmn7和gmn6，或增大Mp8和Mp9的电流镜像比a都可增强无片外电容LDO负载瞬态响应特性。

　　V时，无片外电容LDO的负载瞬态响应仿真图。当负载电流1内在0.5 ~100mA之间切换时，输出电压的过冲电压小于55 mV，对应的响应时间小于1.9完全可以满足芯片对负载变化的响应。

　　1.2电源干扰抑制比PSRR增强网络设计首先，对未加入PSRR增强结构的无片外电容LDO的电源干扰抑制比PSRR特性进行分析，由电路分其中ro1，o2，ds为相应的输出阻抗，为拉普拉斯变换。从式（3）可知，未加入PSRR增强结构时，无片外电容LDO的电源干扰抑制比PSRR的主极点为主极点P1严重影响了无片外电容LDO对电源噪声干扰的抑制能力，因为Mmp9和功率调整元件Mmp会将电源上的干扰通过电容Cc1耦合到LDO系统的输出端。为了解决上述问题，引入了所示的电源抑制比PSRR增强网络，由电路分析可知，mpgmp2，mn6，mp6，Q1，QCgdmp9，则电源抑制比从式（5）可知，加入PSRR增强结构后，电源干扰抑制比PSRR的主极点仍为式（4）未加入PSRR增强结构时的电源干扰抑制比PSRR的主极点。但是，加入PSRR增强结构后，引入了一个新的零点，表达式为因此，调整的尺寸，改变其跨导gmp6，便可通过引入该PSRR增强结构产生的零点补偿影响无片外电容LDO电源噪声干扰抑制能力的主极点，使无片外电容LDO的电源干扰抑制比PSRR的频率范围明显变宽，从而达到了增强电路对电源干扰噪声的抑制能力的目的。为负载电流是100 mA时，无片外电容LDO的电源干扰抑制能力仿真图，在低频时可达到-80 dB左右，在高频1MHz时约为-46dB，具有良好的电源干扰抑制能力。

　　无片外电容LDO电源干扰抑制比仿真结果2高性能无片外电容LDO唐山干式变压器整体仿真结果系统稳定性无片外电容LDO整体仿真结果Fig. a为负载电流是100 mA时，无片外电容LDO的稳定性10仿真图，低频增益约为100dB，相位裕度约为69.，此时无片外电容LDO是稳定的。b为无片外电容LDO的输入输出特性，当输入电压为3~5V时，系统能稳定输出电压2.8V；c为负载电流是100mA时，无片外电容LDO的线性调整率（33.7m/V）；d为负载电流从0.5mA变化到100mA的过程中，无片外电容LDO的负载调整率（17.2mm/V）。为高性能无片外电容LDO唐山干式变压器的版图，芯片面积为533pmx330pm，并对该版图提取寄生参数进行后仿，结果表明性能良好。

　　无片外电容低压差线性唐山干式变压器版图Fig.5Off-chipcapacitor-freeLDO 3结语笔者设计了一种高性能的无片外电容低压差线性唐山干式变压器LDO，给出了增强负载瞬态响应特性以及电源干扰抑制能力的电路结构，并针对这种结构进行了理论推导。采用0.35CMOS工艺完成设计，并给出仿真结果，系统在3 ~5V的输入电压范围内，稳定输出电压为2.8V，电源抑制比在高频1MHz时达到-46dB，负载变化引起的输出电压过冲小于55mV.