解密音频放大器MAX9789A中集成的LDO模块

解密音频放大器MAX9789A中集成的LDO模块
作者：圣景微电子
LDO是电源管理的常见方式之
一。

由于LDO输出管的导通电阻
很低。

因此它能够在很低的压差情况下输出稳定的电压，并且功耗低，效率高。

目前许多芯片都集成了LDO的模块来提供电源，例如，BCM2042,BCM5974，MAX9789A等。

其中MAX9789A集成的LDO模块能够为CODEC电路或者其他电路提供干净的电源供给，可提供120mA的电流输出，输出电压也具有内部设定和外部设定自由选择的功能，而且还具有过热保护，过流保护／欠流保护等功能【1】。

这些功能是如何实现的呢？LDO另外一个重要的问题就是补偿问题，MAX9789A的LDO模块的补偿方式是什么呢？本文就为大家揭开这款芯片的LDO的秘密。

首先来看MAX9789A的LDO模块的线路框图，如图1所示。

主要包括的模块有供电检测，启动控制，基准及偏置产生模块，LDO的误差放大器和电流检测模块，以及过温保护。

图 1 LDO 模块的系统框图
LDO 的启动受外部信号LDO_EN 控制，这个信号通过施密特触发器整形，来达到克服误操作的目的。

在LDO_EN 这个信号有效后，并不是直接去启动LDO，而是先启动电源的低压检测，然后再启动参考电压和偏置电压产生电路，最后启动误差放大器及检测电路。

这样的启动方式达到了省电的目的，启动顺序如图2 所示。

图2 模块启动顺序
LDO 的一个重要部分是基准电压产生电路，该款LDO 的基准电压的实现方式采用了MAXIM 公司一贯的做法，大致可以概括为：先采用一种被称为Ratioed quad【2】的方式产生正温度系数的电流，然后利用这一级产生的偏置电压和电流为Ratioed pair【2】电路提供偏置，Ratioed pair【2】电路产生BANDGAP 基准电压，而且BANDGAP 的产生带有检测电路，只有当基准电压和偏置电压产生好了以后，才可以启动其他的电路。

这也是省电的一个因素。

基准电压产生的输出可以分成两个部分，一部分是两个基准电压，另外一部分是偏置电路。

显然前者是与温度无关的电压，后者多数是与温度无关的电流。

LDO 输出电压的设定方式是通过外部电阻分压信号LDO_SET 与内部基准比较，来选择是采用外部电阻反馈，还是通过内部集成的电阻反馈来设定输出电压。

其关键电路就是一个比较器和选择器。

两个电流检测电路实现了过流和欠流的保护。

而温度保护是通过带迟滞效应的温度检测电路来实现。

MAX9789A 的LDO 过温保护，除了检测LDO 部分的温度，还有检测整个芯片温度的电路，这两个部分实现了对LDO 的保护。

这款LDO 在两处设定了补偿，一是误差放大器内部的带调零电阻的密勒补偿，另外一处是过流检测通过误差放大后输出的补偿。

通过这两处的补偿，使得LDO 能很稳定地工作。

再来看看LDO 在整个芯片上的布局及尺寸和LDO 的版图布局。

图3给出了MAX9789A 的LDO 模块所在位置以及尺寸大小。

从中可以看出LDO 模块占整个芯片的1/20。

图4给出了LDO 模块中的版图布局。

从中可以看出功率管占近1/2 的面积。

总结，MAX9789A 集成的LDO 模块采用了BiCMOS 工艺来实现，线路设计上比较有特色，尤其是基准电压产生电路。

版图布局也很规整。

LDO 模块会在越来越多的芯片中出现。

通过反向技术来提取这些信息，揭密芯片线路及版图设计方案。

【1】MAX9789A/MAX9790A 的datasheet
【2】Alan Hastings, The Art of Analog Layout, P329.。