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电源抑制(Power supply reiection、PSR)是低压差线性稳压器(low dropout linearregulaor、LDO)的一个重要性能参数,直接关系到LDO对于电源纹波的抑制能力及其输出纹波大小。低噪声、高PSR LDO成为国内外研究的热点。本文设计实现了一种适用于便携式电子设备的双通道、高PSR低压差线性稳压芯片。
本文利用信号流图分析方法结合小信号模型对带隙基准电压源的PSR进行了分析,推导了带隙基准电压源PSR的传输函数并分析了其频率特性。结果表明：基准电压源的PSR与基准电压源的环路增益和运放的PSR有关,合理设计运放以增加基准电压源的环路增益,并使运放的PSR接近于1(0dB),能有效地提高基准电压的PSR;利用零极点抵消技术,可以改善PSR的高频特性,实现宽带高PSR的带隙基准电压源。基于上述结论与考虑,在传统带隙基准电压源的基础上引入PSR增强电路,设计实现了低压、低功耗、高PSR带隙基准电压源；采用0.6μm、DPDM CMOS工艺流片,并测试验证,芯片面积为0.0529mm2；测试结果表明该带隙基准电压源PSR为-70.3dB@100kHz,在2～6V的电源电压下正常工作,工作电流仅为9μA、温度系数为15ppm/℃。
本文从LDO的小信号模型入手对LDO的PSR进行了探讨,推导了LDO PSR的传输函数并分析了其频率特性。结果表明:LDO的低频PSR与LDO低频环路增益成反比,提高LDO的环路增益可以提高LDO的低频PSR；同时,LDO的PSR与误差放大器的PSR密切相关,合理设计误差放大器使其PSR接近于1(0dB),减小电源纹波通过误差放大器和PMOS调整管的栅极到达LDO的输出端,能有效地提高LDO的PSR;LDO的中频段PSR与LDO的-3dB带宽(BW)和单位增益频率(UGF)有关,提高-3dB带宽(BW)和单位增益频率(UGF)有利于实现宽带高PSR LDO；LDO的高频段PSR由输出电容Co的寄生等效串联电阻Resr和负载电流决定,使用低Resr的陶瓷电容或钽电容有利于提高LDO的高频段PSR。本文还分析了LDO的噪声特性,得到了低噪声LDO设计的考虑因素。基于上述思路,设计实现了双通道、高PSR LDO；采用0.6μm、DPDMCMOS工艺流片,并测试验证,芯片面积为0.6305mm2;测试结果表明该LDO的PSR分别为-61.9dB@1Hz、-51.5dB@10kHz和-37.9dB@100kHz,线调整率为0.02％/V,负载调整率为0.038mV/mA,静态电流仅为28μA,瞬态响应时间小于30μs,过冲小于30mV。