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LDO線性穩(wěn)壓器誤差放大器設(shè)計(jì)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):161
核心提示:

  本文設(shè)計(jì)的誤差放大器為帶共源共柵電流鏡負(fù)載的共源共柵差分運(yùn)算跨導(dǎo)放大器。它應(yīng)用在一款超低功耗的LDO線性穩(wěn)壓器中,采用共源共柵差分結(jié)構(gòu),提高了 PSRR,低頻達(dá)到119dB。同時(shí),該放大器具有高共模抑制比(CMRR),低頻達(dá)到106dB,靜態(tài)電流不超過0.62μA。

  OTA的設(shè)計(jì)與仿真

  PSRR定義為輸入端到輸出端的電壓增益與電源到輸出端的電壓增益之比,即

   Gm(s)和Gmp(s)分別是輸入端到輸出端、電源到輸出端之間的跨導(dǎo)。在LDO線性穩(wěn)壓器中,只有VDD一個(gè)低壓電壓源供電,因此,這里只討論VDD的PSRR。

  電流鏡負(fù)載放大器是LDO線性穩(wěn)壓器中誤差放大器的基本結(jié)構(gòu),如圖1所示。VDD通過M3、M4,為輸出端引入一個(gè)電流(go4+sCp4)VDD,通過M3、M1、M2,為輸出端引入一個(gè)電流(go1+sCp1)VDD,則

  式中,go為輸出導(dǎo)納,Cp=CGD+CDB。

  

  圖1 基本電流鏡負(fù)載差分電路

  對(duì)這種結(jié)構(gòu)的放大器的PSRR進(jìn)行Spice仿真,如圖2所示。從圖2中可以看出,低頻時(shí)的PSRR只能達(dá)到47.6dB,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到LDO 線性穩(wěn)壓器的性能要求。從(2)式可以看出,減小M1、M4的輸出導(dǎo)納,可以提高低頻時(shí)的PSRR,減小M1、M4的寄生電容,即減小MOS管的尺寸,可以提高高頻時(shí)的PSRR。

  圖2 基本放大器的PSRR

[$page]  采用共源共柵結(jié)構(gòu),可以將輸出導(dǎo)納go減小至原來的go2/(gm2+gmb2)倍。圖3是本文設(shè)計(jì)的一種應(yīng)用于LDO線性穩(wěn)壓器的差分共源共柵OTA結(jié)構(gòu)。它采用兩級(jí)放大,第一級(jí)(M1~M8)采用共源共柵結(jié)構(gòu)提高PSRR,第二級(jí)(M10、M11)為反相器結(jié)構(gòu)。

  

  圖3 一種共源共柵差分放大器電路

  按照文獻(xiàn)[1]介紹的方法,對(duì)于圖3的放大器結(jié)構(gòu),在低頻

  

  式中,go1,3≈go2,4。

  

  gox,y為共源共柵輸出端的輸出導(dǎo)納,如前所述gox,y≈goxgoy/(gmy+gmby)。

  在高頻,由于各個(gè)MOS管的寄生電容的影響,各級(jí)的輸出阻抗變小,從而使高頻時(shí)的PSRR減小?紤]這些寄生電容的影響,則

  

  從(7)式可知,影響高頻時(shí)PSRR性能的主要是輸出端的M10,因此,在設(shè)計(jì)放大器時(shí),應(yīng)盡量減小M10的尺寸。

[$page]  對(duì)圖3的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行PSRR的Spice仿真,如圖4所示。從圖4中可以看到,在頻率小于1kHz時(shí),該放大器的PSRR值高達(dá)119dB。因此,該放大器滿足LDO線性穩(wěn)壓器的性能要求。

  

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