一种低电压无片外电容LDO的设计

西安电子科技大学 王文强 李 晴 翟世奇 高 鹏

本文采用0.18 µmCMOS工艺，设计了一种向数字、模拟、射频等模块供电的低电压LDO。由交叉耦合电荷泵向带隙基准、误差放大器供应可靠升压电压，交叉耦合电荷泵、功率管工作在低电压下。选择Cascode米勒补偿实现环路频率补偿，使之轻/重载条件下都拥有可靠性。通过Cadence Spectre进行性能仿真，LDO最低输入电压是0.8 V，输出电压是0.5 V，负载处于100µA～150mA区间内，具备环路稳定性与负载调整率，相位裕度维持60°以上；另外电路电源噪声抑制比，低频段可达86.3 dB，1 MHz则是62.0 dB，LDO各项性能参数均达到设计目标。

随着CMOS工艺快速发展与片上系统芯片（SoC）推广普及，电源电压呈现下降趋势，传统电源管理方案逐渐暴露一些问题，不能继续适应SoC低电压要求。低电压使SoC内部对电源噪声与纹波敏感的电路模块往往必须集成一种片内低压差线性稳压器（Lowdropout regulator, LDO），向它供应干净电源电压。传统LDO在输入电压方面始终存在相应限制，输出超低电压将使电路总体能量转换效率明显下降，本文合理改进LDO设计，提高LDO实用性。

1 低电压LDO设计

文章电路整体结构如图1所示，电荷泵、功率管工作在电源电压下，由交叉耦合电荷泵为带隙基准、误差放大器供应可靠升压电压，实现了一种低电压下LDO设计。

图1 整体电路结构

1.1 电荷泵电路

在进行升压时，相比于Dickson电荷泵只在二分之一周期时间内对输出电容进行充电，而导致了电荷泵输出端的纹波电压过大，交叉耦合电荷泵在这方面有着绝对的优势；在……