便攜式設備中的電源效率

　　高PSRR帶隙電壓參考電路

　　由于上述傳統電壓參考架構的所有缺點(diǎn)，我們建議采用改進(jìn)的電壓參考，它是帶隙電壓參考與低壓降穩壓器的整合解決方案(圖6)。

　　圖6.帶隙電壓參考結合低壓降穩壓器的方框圖

　　該示例中的輸出電壓可由公式8確定：

　　VREF節點(diǎn)既是帶隙參考的輸出節點(diǎn)，同時(shí)也是帶隙核心電路的電源線(xiàn)。這有助于我們通過(guò) LDO保護帶隙核心電路免受電源電壓紋波影響。

　　要獲得小靜態(tài)電流，電阻器 R1、R2、R3和R4的值就會(huì )比較大，推薦電路的電阻為8MΩ。這可使通過(guò) Q1和Q2的電流降低至 40nA。推薦架構的整體靜態(tài)電流為250nA。除此之外，我們還可采用一款靜態(tài)電流為100nA的偏置電流電源。

　　偏置電流電路

　　所推薦的偏置電流電路基于一種著(zhù)名的電路結構(如圖7所示)，在參考文獻5[5]中有詳細介紹。

　　在該電路中，兩個(gè)N型晶體管M5和M7構成第一個(gè)增益為S7/S5 的電流鏡，而兩個(gè)P型晶體管M4和M6 則構成第二個(gè)增益為S4/S6 的電流鏡，其中S4、S5、S6和S7是相應晶體管的面積。

　　偏置發(fā)生器通常不需要特別啟動(dòng)電路，這可減少靜態(tài)電流和占用面積。如果電流足夠小，電阻R 就可以忽略。由M5/M7和M4/M6構成的兩個(gè)電流鏡可互連成一個(gè)閉環(huán)。

　　該環(huán)路增益大于單位增益，因此兩個(gè)分支中的電流都會(huì )增大，直至達到均衡為止。這將由電阻R的壓降定義，可表示為公式9：

　　圖7.具有動(dòng)態(tài)啟動(dòng)電流的偏置生成器

　　要加快啟動(dòng)速度并避免可能的漏電影響，可使用一款附加啟動(dòng)電路。晶體管M0 可作為具有極大電阻的橫向雙極性 NPN晶體管使用，其可最大限度地降低啟動(dòng)電流。電容器 C 不僅可在電路加電時(shí)提供快速瞬態(tài)啟動(dòng)，而且還可防止啟動(dòng)電路發(fā)生振蕩。在啟動(dòng)之后，電路由晶體管M2阻斷。偏置模塊的偏置電流是40nA?？偭骱氖?80nA。

　　驗證結果

　　所推薦帶隙參考不僅可用于超低噪聲、高PSRR的低壓降穩壓器，而且還可采用CMOS 9T5V 技術(shù)實(shí)施。PSRR值如圖8所示，輸出電壓精度的蒙特卡洛溫度變化仿真結果如圖9所示。測量結果請參見(jiàn)表1。

　　圖8.電壓參考源的PSRR

　　圖9.輸出電壓精度

　　表1.測量數據

　　總結

　　我們不僅介紹了采用 CMOS9T5V 0.18µm工藝實(shí)施的、高PSRR 的極低功耗帶隙電壓參考，而且還詳細介紹了最大限度降低功耗和最大限度提高PSRR的設計條件。將帶隙電壓參考與低壓降穩壓器相結合，可在100Hz下獲得93dB的高PSRR。該電路的最大靜態(tài)電流僅為250nA，是超低功耗應用最具吸引力的選擇。

　　參考文獻

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　　Blakiewicz, G.，《支持更快時(shí)間響應的CMOS低壓降穩壓器》，摘自《2011年第18屆國際大會(huì )會(huì )議記錄 — 集成電路與系統混合設計 (MIXDES)》2011年6月16 ~ 18 日第 ××卷第 ×× 號的第 279 頁(yè) ~ 282 頁(yè);

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　　如欲了解有關(guān)LDO的更多詳情，敬請訪(fǎng)問(wèn)：www.ti.com/ldo-ca。