一款可實(shí)現超低壓差CMOS線(xiàn)性穩壓器的設計方案

瞬態(tài)響應是穩壓器的動(dòng)態(tài)特性，指負載電流階躍變化引起輸出電壓的瞬態(tài)脈沖現象和輸出電壓恢復穩定的時(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載電流;Δt1是穩壓器閉環(huán)的響應時(shí)間，與穩壓器閉環(huán)帶寬(0dB頻率點(diǎn))有關(guān)。設計應用時(shí)需考慮降低穩壓器的瞬態(tài)電壓脈沖，即提高穩壓器的帶寬，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，主要有輸入電壓變化引起的輸出變化ΔVLR、負載變化引起的輸出變化ΔVLDR、基準漂移引起的輸出變化ΔVref、誤差放大器失調引起的輸出變化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，故基準電壓源、誤差放大器及采樣電阻網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構在設計時(shí)需重點(diǎn)考慮。

電路設計及模擬結果

1、帶隙基準電壓源的設計

基準電壓源是線(xiàn)性穩壓器的核心模塊，是影響穩壓器精度的最主要因素。帶隙基準電壓源的工作原理是利用晶體管的VBE所具有的負溫度系數與不同電流密度下兩晶體管之間的ΔVBE所具有正溫度系數的特性，乘以合適的系數使二者相互補償，從而得到低溫漂的輸出電壓。

電路實(shí)現如圖2所示，有：

其中n為Q1、Q2的發(fā)射區面積比。Hspice模擬結果表明，當電源電壓變化范圍在2.5～6V之間時(shí)，常溫下VREF = 1.254V，溫度變化范圍在-30～120℃之間時(shí)，溫漂系數小于10×10-6/℃。

圖2帶隙基準源電路2、誤差放大器的設計

誤差放大器將輸出反饋采樣電壓與基準電壓進(jìn)行差值信號比較放大，輸出后控制調整管的導通狀態(tài)，保持Vout穩定，其增益、帶寬及輸入失調電壓等指標對穩壓器的輸出精度、負載和電壓調整能力、瞬態(tài)響應等特性有較大影響，電路實(shí)現如圖3所示。通過(guò)Hspice模擬得到該誤差放大器在VCC1為4.2V時(shí)，其輸入失調電壓為0.05μV，直流增益為110dB，帶寬達到10MHz.

圖3誤差放大器電路

3、過(guò)流限制模塊的設計

過(guò)流限制電路的設計思路是通過(guò)對調整管柵源電壓進(jìn)行采樣，實(shí)現控制調整管的柵極電壓，從而達到限制輸出電流的目的，電路實(shí)現如圖4所示。

圖4過(guò)流限制電路

當負載電流由小增大時(shí)，VDrv隨之降低，調整管MTG的ID隨之增大，通過(guò)M20對調整管MTG的柵源電壓進(jìn)行采樣，使得M31的柵極電壓增大，這樣M21的柵極電壓隨之降低，從而實(shí)現對VDrv的調整。通過(guò)Hspice模擬得到，當負載電流超過(guò)330mA時(shí)，M21將開(kāi)始導通，從而使VDrv隨之提高，使調整管MTG導通程度減弱，起到限流保護作用。

3.4過(guò)熱保護模塊的設計