1、Analog and Mix-Signal Integrated Circuit Design - DC/DC線性穩壓器西安電子科技大學微電子學院劉簾曦 集成穩壓器的概述集成穩壓器定義 是電源和電源管理IC的一個重要分支，包括AC/DC和DC/DC。 DC/DC從直流電壓-直流電壓的調整器，本質是指定功率輸出。研究集成穩壓器的意義 模擬集成電路中一個很重要的部分。 是所有其他電路能夠正常工作的前提條件。集成穩壓器的基本工作原理 將輸入的直流電壓（流）變換為一個不隨環境變化的直流輸出電壓（流）。DC/DC集成穩壓器的分類按照驅動方式以及驅動管的工作狀態，集成穩壓器一般分成兩類： 1.開關穩壓器(

2、Switching Regulator)。轉換效率高，適用范圍較寬，可以雙向變換。 2. 低壓差線性穩壓器，工程中常被稱為LDO (Low Dropout Regulator，或三端穩壓器)。結構簡單，紋波小，穩定性容易調節，所需外圍電路少，只能降壓變換。本章重點介紹線性穩壓器。線性穩壓器的基本原理其中Vdd為電壓源電壓，Rr為電壓源內阻，RL為負載電阻，則電壓源的輸出電壓可表示為： 1、Vdd保持不變，負載電阻RL在一定范圍內發生變化；2、RL保持不變，Vdd發生變化；3、Vdd和RL都發生變化。 線性集成穩壓器基本結構由五個基本部分構成：1.基準電壓2.誤差放大器3.有源功率元件4.反饋網

3、絡5.啟動、保護電路線性集成穩壓器定性分析Vout = (R2+R1)/R2) * Vref1、控制環路（負反饋）正常工作；2、基準精度高；3、運放增益足夠大，且失調電壓要小；4、輸入電壓必定高于輸出電壓；5、輸出電壓主要由基準電壓和反饋系數決定。環路工作原理設誤差放大器增益為A，反饋系數為，功率管跨導為gm，輸出阻抗Rout，環路增益A0。功率管的工作狀態環路根據輸出電壓大小調節功率管柵極電壓大小，從而調整功率管的導電能力。如當負載電流增加時，功率管從一個穩態經過一個不斷調整的過程到達另一個穩態，即功率管工作狀態依據負載電流大小，從A點經過調節過程到達B或C或D點。功率管的進一步討論問題：N

4、型功率管和P型功率管在使用上的區別？1、反饋的改變；2、輸出級的形式：環路增益的影響；3、Vds（Vdo）的變化線性集成穩壓器的設計目標1. 線性穩壓器的輸出電壓范圍Vout；2. 線性穩壓器的最大輸出電流Iout；3. 線性穩壓器的靜態電流Iq；4. 線性穩壓器的脫落電壓Vdo(漏失電壓)；5. 線性穩壓器的負載調整率；6. 線性穩壓器的線性調整率；7. 線性穩壓器的轉換效率。脫落電壓維持LDO正常輸出的最小的Vin和Vout之差（VDS的最小值）線性調整率也叫電壓調整率，表征當負載和環境溫度都不變的情況下，輸入電壓變化對輸出電壓的影響。提高基準電壓精度可以減小線性調整率，另外增大A0也可以

5、有效減小線性調整率，。負載調整率表征當負載變化時，輸出電壓維持恒定的能力。上述等式是假設負載電流改變并不影響電路靜態工作點的條件下得出的，可以看出，增大環路增益A0，可以減小負載調整率。LDO轉換效率定義為輸出有用功與LDO總功耗的比值。Vout和Vin越接近，則LDO的轉換效率越高，另外減小Iq也可以有效提高LDO的轉換效率，但是Iq的減小可能會使響應速度變慢。線性集成穩壓器的模塊化設計（1）基準電壓源是一個集成穩壓器的核心之一，它負責提供一個幾乎不隨溫度、電源電壓以及其他因素影響的標準電壓。這個標準電壓將與采樣網絡反饋回來的電壓進行比較。返回到結構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（1）返回到結

6、構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（2）誤差放大器將反饋回來的采樣信號與內部的基準電壓進行比較，將二者的誤差放大，并用這個放大后的誤差信號去控制有源功率器件的輸出電流。返回到結構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（2）返回到結構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（3）有源功率器件提供足夠的負載驅動能力（提供驅動電流）；其提供的電流受誤差放大器輸出的控制；可以是PMOS，也可以是NMOS。返回到結構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（4）反饋網絡對輸出電壓進行采樣，以便得到能與基準相比較的電壓信號。返回到結構圖線性集成穩壓器的模塊化設計（5）其他一些附加功能模塊過熱保護電路過流保護電路有時還需要設計啟動電路。線性集成

7、穩壓器的模塊化設計（6）介紹一個線性集成穩壓器電路的設計實例AE1910AE1910設計要求AE1910結構圖過熱保護原理功率集成電路有一定負載能力的，因此其發熱量比較大 ，有必要對其進行溫度檢測和熱保護。過熱保護也稱為過溫保護，設計過熱保護電路的關鍵是如何把溫度信號轉變為電信號 。傳統的方法，傳感器可以用熱電偶、熱電阻來做, 但是不易集成。集成電路中往往利用二極管或者三極管的溫度特性來做傳感器。AE1910過熱保護電路AE1910輸出級AE1910過流保護電路AE1910動態補償基準參考：劉簾曦，楊銀堂，朱樟明，一種基于斬波調制的低壓高精度CMOS 帶隙基準源，固體電子學研究與進展，Vol.25,3,2005