基于电流环路控制方法的快速响应LDO

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介绍LDO的工作原理

介绍LDO的工作原理

介绍LDO的工作原理低压差放大器(LDO)是一种电源管理器件,广泛用于电源管理系统中。

它是一种线性稳压器,用于在输入电压只比输出电压高很少的情况下提供稳定的输出电压。

LDO通常用于低功耗应用,提供稳定的电源电压给各种电子设备,如便携式电子设备、传感器和微控制器等。

LDO工作原理LDO的工作原理基于负反馈控制。

它的基本工作原理如下:1.输入电压经过一个电感器,并通过电流限制器进入LDO芯片的输入引脚。

2.在芯片内部,输入电压经过一个差动放大器进行放大,并与参考电压进行比较。

3.放大器的输出结果通过错误放大器进行放大,并通过一个偏置电源进行加偏。

4.错误放大器的输出被输入到一个电流控制环路中,这个环路通过控制输出晶体管的基极电流来控制输出电压。

5.输出电压被分压,并进行采样,与参考电压相比较。

6.放大器的输出信号通过一个比例值进行放大,并通过一个错误放大器进行放大。

7.错误放大器的输出信号被输入到电流控制环路中,控制晶体管的基极电流,使输出电压达到设定值。

8.输出电压从输出引脚提供给负载。

LDO的关键组件包括:1.偏置电源:提供适当的电位作为偏置点,以确保输出电压的稳定性。

2.电感器:用于滤除输入电源中的高频噪声。

3.差动放大器:用于对输入电压进行放大和比较。

4.错误放大器:用于放大放大器的输出,并将其转换为适当的控制信号。

5.电流控制环路:控制输出晶体管的基极电流,以维持输出电压的稳定。

6.输出电压分压器:将输出电压降低到合适的比例进行采样和比较。

LDO的工作原理的关键是负反馈控制。

当输出电压下降时,放大器的输出增加,导致输出晶体管的基极电流增加,进而提高输出电压。

同样地,当输出电压升高时,放大器的输出减少,导致输出晶体管的基极电流减小,从而降低输出电压。

这种闭环反馈控制机制能够使得LDO输出电压保持稳定。

LDO的优点和缺点LDO具有以下优点:1.稳定性好:由于负反馈机制,输出电压能够稳定在设定值,对输入电压波动的抑制能力优秀。

快速响应、高性能LDO的设计

快速响应、高性能LDO的设计

s y s t e m . Th e s i mu l a t i o n t u r n s o u t t h a t i t c a n g e t a b a n d wi d t h o f mo r e t h a n 2 . 2 M Hz ,wi t h t h e
c ur r e n t l o a d c ha ng i ng f r om 1 mA t o 1 0 0 m A.Thi s LDO i s v e r i f i e d i n TS M C pr o c e s s o f 0. 3 5“s f or a s t e p pu l s a t i o n b e t we e n 0 a n d 1 0 0 mA a nd t he ma x i m um ou t p ut — v ol t a ge va r i a — t i o n i S l e s s t ha n 4 0 m V.
靳佳伟 吴 郁 万培元 林平分
( 北京工业大学电子信息与控制工程学院 , 北京 , 1 0 0 1 2 4 )
2 0 1 4 — 0 9 — 0 4收 稿 , 2 0 1 4 一 1 0 一 I 3收 改 稿
摘要 : 介 绍 一 种 高性 能 、 快 速响应、 低抖动的 L D O线性稳 压器 , 其采用 改进后 的零极点 跟随技术 , 使 用 工作 在 线性 区的 P MOS管 作 为 可 调 的 动 态 电 阻 , 根 据 负 载 变 化 的情 况 动 态 地 调 整 系 统 稳 定 性 。 同 时 在环 路 中加 入 微 分 器 进 一 步 增 大 系统 稳定 性 。 电流 负载 在 1 mA变 化 到 i 0 0 mA 的情 况 下 , 带 宽大于 2 . 2 MHz 。最 终 在 0 . 3 5“ mTS MC

一种高瞬态响应的无片外电容LDO电路的制作方法

一种高瞬态响应的无片外电容LDO电路的制作方法

一种高瞬态响应的无片外电容LDO电路的制作方法目录•简介•电路原理•电路设计•电路制作步骤•实验结果•结论简介线性稳压器(LDO)是一种用于电子设备中提供稳定直流电压的关键电路。

传统的LDO电路通常需要电容器来保证电路的稳定性和响应速度,但电容器会增加电路的成本和尺寸。

本文将介绍一种高瞬态响应的无片外电容LDO电路的制作方法,该电路具有较高的稳定性和响应速度,同时减少了对外部电容器的依赖。

电路原理高瞬态响应的无片外电容LDO电路利用了负反馈的原理,通过对输入和输出电压进行反馈控制,以实现稳定的直流电压。

该电路具有以下特点:1.自适应带宽控制:根据负载的动态变化,自动调整带宽控制,提供高瞬态响应。

2.误差放大器:采用高增益的误差放大器来实现更准确的电压控制。

3.无片外电容:通过优化电路结构和参数配置,实现无需外部电容器的稳定性和响应速度。

电路设计功能分析无片外电容LDO电路的设计需要满足以下功能要求:1.提供稳定的直流电压输出,适应不同负载条件下的动态变化。

2.实现高瞬态响应,快速响应负载变化,保持稳定输出。

3.最小化对外部电容器的依赖,降低成本和尺寸。

电路结构无片外电容LDO电路的基本结构包括: - 给定参考电压模块:提供给定的参考电压,作为反馈信号的比较基准。

- 反馈控制模块:通过与给定参考电压进行比较,自动调整放大器的增益和带宽,实现稳定的直流电压输出。

- 输出级模块:输出级模块根据反馈控制模块的输出信号,通过功率放大器来驱动负载,实现稳定的电压输出。

电路参数选择为了实现高瞬态响应的无片外电容LDO电路,需要合理选择电路参数。

以下是一些关键参数的建议选择:1.操作电压范围:根据应用场景选择合适的操作电压范围,以满足设备要求。

2.带宽:通过合理的参考电压和反馈控制模块设计,设置适当的带宽以实现高瞬态响应。

3.负载能力:根据负载要求选择适当的输出级模块,确保电路能够提供足够的电流和电压。

电路制作步骤下面是一种制作高瞬态响应的无片外电容LDO电路的步骤:1.设计电路原理图:根据电路设计要求,使用电路设计软件绘制电路原理图,包括给定参考电压模块、反馈控制模块和输出级模块。

介绍LDO的工作原理

介绍LDO的工作原理

介绍LDO的工作原理LDO是“线性低压差稳压器(Linear Low Drop-Out regulator)”的缩写。

它是一种常见的稳压器,用于将不稳定的输入电压转换为稳定的输出电压,以供给各种电子设备和电路使用。

LDO的工作原理如下:当输入电压超过稳压器的正常工作要求时,LDO器件的内部功率晶体管将打开,通过有源调节控制电路将调整过的电压输出到负载电路上。

而当输入电压低于稳压器的正常工作要求时,内部功率晶体管关闭,由控制电路切断输出,以保护稳压器和负载电路。

LDO主要由以下几个组成部分构成:1. 电压参考源(Voltage Reference):它是LDO的核心部件,为稳压器提供一个稳定的基准电压。

通常使用基准电流源、电阻分压器、电压比较器等组成来实现。

2. 误差放大器(Error Amplifier):它与电压参考源相连,用于通过比较输出电压与基准电压之间的差异来产生误差信号。

误差放大器将误差信号放大,并通过反馈回路调节功率晶体管的导通。

3. 反馈回路(Feedback Loop):它由稳压器的输出到误差放大器之间的电阻网络组成,用于将输出电压与参考电压比较,以产生误差信号。

4. 输出级(Output Stage):它通过功率晶体管将调节过的电压输出到负载电路上。

功率晶体管的导通和截止通过误差放大器的调节来实现。

LDO的主要工作过程如下:1.当输入电压高于稳压器所需的输出电压时,误差放大器将产生一个正的误差信号。

此时,反馈回路通过将误差信号反馈给误差放大器,调节功率晶体管的导通,使其降低输出电压,直到误差信号减少至零。

2.当输入电压低于稳压器所需的输出电压时,误差放大器将产生一个负的误差信号。

此时,反馈回路通过将误差信号反馈给误差放大器,将功率晶体管关闭,以避免输出电压过低。

LDO的优势和特点包括以下几点:1.低压差:LDO可以在输入电压较低的情况下仍能提供稳定的输出电压,因此可以满足低压差、高精度的稳压要求。

LDO的选用原则及技术参数及在开关电源中的作用

LDO的选用原则及技术参数及在开关电源中的作用

LDO的选用原则及技术参数及在开关电源中的作用LDO(Low Dropout Regulator)是一种线性稳压器,主要用于在开关电源中提供稳定的低压输出。

LDO的选用原则和技术参数以及在开关电源中的作用如下:一、LDO的选用原则:1.电压稳定性:LDO的输出电压需要保持稳定,不会因输入电压变化或负载变化而产生较大的波动。

2.负载能力:LDO需要具备足够的负载能力,能够在一定范围内承受变化的负载而不引起输出电压波动。

3.降压效率:LDO的降压效率是指输出电压与输入电压之间的差值,效率越高,能量损耗越小。

4.噪声控制:LDO需要具备良好的抑制噪声的能力,以避免对其他电路产生干扰。

5.短路保护和过热保护:LDO需要具备短路保护和过热保护功能,以保护自身和其他器件的安全。

6.封装形式:根据应用环境的要求选择适合的LDO封装形式,例如SOT-23、TO-220等。

二、LDO的技术参数:1.输入电压范围(VIN):LDO的输入电压范围是指能够正常工作的输入电压范围。

2.输出电压(VOUT):LDO输出的稳定电压值,根据应用需求选择合适的输出电压。

3.输出电流(IOUT):LDO能够提供的最大输出电流,需要根据负载要求选择合适的输出电流。

4.静态电流(IQ):当无负载情况下,LDO自身的工作电流。

5.降压效率(η):输出功率与输入功率之比,通常以百分比表示。

6.抑制噪声(PSRR):对输入电压的变化或者噪声对输出电压的抑制能力。

7.脉冲响应:LDO对负载变化的快速响应能力。

8.温度范围:LDO能够正常工作的温度范围。

三、LDO在开关电源中的作用:1.滤波器作用:LDO可以在开关电源输出端提供稳定的滤波电压,用于滤除开关电源产生的高频噪声。

2.稳压作用:LDO可以将开关电源的输出电压稳定在设定的目标电压,保证电路其他部分的正常工作。

3.噪声抑制:LDO能够抑制由开关电源产生的噪声,以减少对系统中其他器件的干扰。

LDO的工作原理详细分析

LDO的工作原理详细分析

LDO的工作原理详细分析LDO(Low-Dropout)是一种线性稳压器件,其工作原理是通过控制输出端与负载之间的电压差来实现稳压,将高电压的输入电源转换为所需的稳定低电压输出。

下面将详细分析LDO的工作原理。

LDO由输入级、控制级和输出级组成,其中输入级包括输入电源、输入电感和输入电容;控制级包括误差放大器、参考电压、电流源和可调电阻;输出级包括输出晶体管、输出电感和输出电容。

(一)调整阶段1.输入级:当输入电源施加在输入电感上时,输入电感起到滤波作用,去除输入电源中的噪声和纹波。

输入电容则能够提供瞬态电流,减小对输入电源的要求。

2.控制级:误差放大器将输出电压与参考电压进行比较,并将比较结果输入给电流源,电流源通过可调电阻控制输出级的输出电压。

(二)稳定阶段1.输出级:当误差放大器将输出电压与参考电压进行比较后,电流源会调整输出级的输出电流,进而调整输出电压。

输出晶体管通过调整它的截止与饱和状态来控制输出电流,将不稳定的输入电压转换为稳定的输出电压。

2.输出电容:输出电容用于滤除加载纹波和提供输出电流,它能够稳定输出电压并降低输出纹波电压。

3.反馈回路:输出电压经过反馈回路返回到误差放大器中进行比较,这样在负载变化或输入电压变化时,误差放大器可以及时调整输出电流,使输出电压保持稳定。

LDO的电源线路具有低压降特性,当输入电源电压下降时,LDO可以通过调整输出级的输出电流来保持输出电压的稳定。

因此,LDO的输出电压只需要稍高于所需输出电压,具有低的压差(低压降)特性。

LDO主要由晶体管工作在放大状态,因此在它的基极和发射极之间存在一个较小的压差,这个压差也称为基极–发射极压降(VBE)或基极–源极压降(VBE)。

通过调整输入级的输入电流,LDO的VBE可以保持在一个较小的值,以实现低压降。

总结起来,LDO的工作原理可以归结为以下几个步骤:1.输入电源电压通过输入电感和输入电容滤波后进入LDO。

一种快速响应LDO环路设计

一种快速响应LDO环路设计

一种快速响应LDO环路设计作者:杨小峰王卫永来源:《现代电子技术》2008年第20期摘要:设计一种带快速响环路的低压差线性稳压器(LDO)。

该系统通过电容对高频或快速变化的输出电压反馈回路进行短路,提供一条对输出电压变化的快速响应通路。

输出缓冲级为后极调整管提供大的电流输出并提高系统栅极节点的极点频率。

该系统具有响应速度快、稳定性高的特点,可广泛应用于不同的低压差线性稳定器。

关键词:LDO;误差放大器;CMRR;快速响应中图分类号:TN710文献标识码:B文章编号:1004373X(2008)2002903Design of a Fast Responsibility LDO Loop CircuitYANG Xiaofeng1,WANG Weiyong2(1.Xi′an Microelectronics Technology Institute,Xi′an 710054,China;2.Department of Basic Courses,Jiaozuo University,Jiaozuo,454000,China)Abstract: A LDO with fast speed of responsibility is presented.The system supplies a fast speed of responsibility to output voltage from capacitor short circuit to the high frequency or fast output voltage.The buffer stage serve as a larger current to the regulator and increase the frequency of gate node.The system presents much more faster responsibility and more stability.It can be widely applied in different LDO.Keywords:LDO;error amplifier;CMRR;fast speed of responsibility1 引言低压差线性稳压器LDO(Low Drop-Out regulator)在便携式电子设备供电系统中有着越来越广泛的应用。

ldo的基本原理

ldo的基本原理

ldo的基本原理LDO的基本原理LDO,即低压差线性稳压器(Low Drop Out Linear Regulator)是一种常见的电压稳压器件。

它的基本原理是通过降低输入输出之间的电压差,实现电压稳定输出。

LDO的工作原理相对简单,但它在电子设备中扮演着重要的角色。

一、基本原理LDO的基本原理是通过控制管内功耗来实现电压稳定输出。

简单来说,LDO中的输出端被连接到负载电阻上,输入端连接到电源,通过内部的稳压电路,将输入电压调整为稳定的输出电压,并将稳定的电压提供给负载电阻。

二、内部稳压电路LDO内部的稳压电路通常由参考电压源、误差放大器、功率晶体管和反馈网络组成。

参考电压源提供一个稳定的参考电压,误差放大器将输出电压与参考电压进行比较,产生误差信号。

功率晶体管根据误差信号的大小调整管内的电流,从而控制输出端的电压。

反馈网络用于将输出电压与误差放大器进行连接,形成闭环控制。

三、电压差和负载能力LDO的一个重要指标是电压差,即输入电压和输出电压之间的差值。

电压差越小,LDO的效果越好,因为输出电压更稳定。

一般来说,LDO的电压差在几百毫伏至数伏之间。

另一个重要指标是负载能力,即LDO能够提供的最大负载电流。

负载能力越大,LDO可以连接的负载越重,从而适用范围更广。

四、优点和应用LDO具有以下优点:1. 稳定性高:LDO通过负反馈控制输出电压,使其稳定性高,适用于对电压要求严格的应用场景。

2. 噪声低:LDO内部的稳压电路可以降低输入输出之间的噪声传导,提供更干净的电源。

3. 快速响应:LDO的输出电压变化能够快速响应负载的需求变化,提供稳定的电压输出。

4. 低功耗:LDO内部功耗较低,能够提供高效能力。

基于以上优点,LDO广泛应用于各种电子设备中,如移动通信设备、计算机和工业控制系统等。

在这些应用中,LDO可以提供稳定的电源,确保设备正常运行。

五、注意事项在使用LDO时,需要注意以下几点:1. 输入电压不能超过LDO的额定电压,否则可能导致稳压电路无法正常工作。

一种无片外电容快速瞬态响应LDO的研究与设计

一种无片外电容快速瞬态响应LDO的研究与设计

一种无片外电容快速瞬态响应LDO的研究与设计一种无片外电容快速瞬态响应LDO的研究与设计摘要:本文针对低压差线性稳压器(LDO)在快速瞬态响应方面存在的问题,提出了一种无片外电容的快速瞬态响应LDO设计方案。

该方案采用了反馈增益调整和主动补偿技术,并通过建立电流源跟踪器和电压检测电路来实现快速响应能力。

实验结果表明,该设计方案能够有效提高LDO的瞬态响应速度和精度。

关键词:低压差线性稳压器(LDO),响应速度,精度,反馈增益调整,主动补偿技术1. 引言低压差线性稳压器(LDO)是一种常用的电源管理器件,用于将高压输入电源稳定输出到需要较低电压的各种电路和芯片上。

然而,在某些应用场景下,LDO的瞬态响应能力往往成为一项重要的指标。

快速瞬态响应能力可以保证在负载瞬变时,输出电压迅速稳定,并且能够尽快达到期望值。

然而,传统的LDO在快速瞬态响应方面存在一些挑战,如相位迟滞、精度偏差和电源稳定性等问题。

为了解决这些问题,本文提出了一种无片外电容快速瞬态响应LDO的研究与设计方案。

2. 研究与设计方案2.1 反馈增益调整传统的LDO采用固定增益的反馈电路来调节输出电压,这种方案在快速瞬态响应方面存在一些限制。

为了提高瞬态响应能力,本文采用了反馈增益调整技术。

具体而言,通过在反馈路径中添加可调的增益元件,可以根据负载瞬变的大小和方向调整反馈增益,从而实现更快的响应速度和更小的精度偏差。

2.2 主动补偿技术主动补偿技术是一种常用的用于提高LDO瞬态响应能力的方法。

通过引入主动补偿电路,可以有效减小负载瞬变对输出电压的影响,提高稳压器的瞬态响应速度。

本文设计的LDO采用了一种基于电流源跟踪器和电压检测电路的主动补偿技术。

具体而言,电流源跟踪器用于实现输出电流的实时跟踪和控制,电压检测电路用于实时检测输出电压的波动情况,并通过反馈机制对输入电压进行调节。

通过这种方式,可以实现对输入电压的主动补偿,提高LDO的瞬态响应能力。

线性稳压器ldo的原理与应用

线性稳压器ldo的原理与应用

线性稳压器LDO的原理与应用1. 简介线性稳压器(LDO)是一种常用的电压稳定器,用于将不稳定的输入电压转换为稳定的输出电压。

本文将介绍LDO的原理和应用。

2. 原理LDO通过使用内部或外部的变压器和稳压电路来提供稳定的输出电压。

其原理如下:•输入滤波:输入端通过电容和电阻组成的滤波电路来过滤输入电压中的高频噪声。

•功率晶体管:LDO内部包含一个功率晶体管,用于控制电流流过稳压电路。

功率晶体管的导通和截止状态由稳压电路控制。

•稳压电路:稳压电路通常由差分放大器、参考电压和反馈电路组成。

稳压电路将输出电压与参考电压进行比较,并根据比较结果调整功率晶体管的导通和截止状态,以维持输出电压的稳定性。

•输出滤波:输出端通过电容和电阻组成的滤波电路来过滤输出电压中的高频噪声。

3. 优点LDO相较于其他类型的电压稳定器,具有以下优点:•低压差:LDO的输入和输出电压之间的差异较小,这意味着输出电压能够更接近输入电压。

•低噪声:LDO通常具有较低的输出电压噪声水平,适用于噪声敏感的应用。

•快速响应:LDO对输入电压的变化能够快速响应,输出电压变化较小。

•方便使用:LDO一般只需要少量的外部元件即可工作,简化了电路设计过程。

4. 应用LDO广泛应用于各种电子设备中,例如:•移动设备:LDO用于为移动设备提供稳定的电源。

•通信设备:LDO用于为通信设备提供稳定的电源。

•工业控制系统:LDO用于为工业控制系统提供稳定的电源。

•医疗设备:LDO用于为医疗设备提供稳定的电源。

•车载电子:LDO用于为车载电子提供稳定的电源。

5. 选型考虑因素在选择LDO时,有几个因素需要考虑:•输入电压范围:确定LDO是否能够适应特定的输入电压范围。

•输出电压范围:确定LDO是否能够提供所需的输出电压范围。

•线性调整速度:确定LDO是否具有足够快的响应速度以适应输入电压的快速变化。

•效率:确定LDO的效率水平,以确定其对系统的功耗影响。

•温度稳定性:确定LDO在不同温度下输出电压的稳定性。

一种低噪声快速瞬态响应LDO设计

一种低噪声快速瞬态响应LDO设计

一种低噪声快速瞬态响应LDO设计一种低噪声快速瞬态响应LDO设计引言:在电子设备的发展中,低噪声和快速瞬态响应的需求日益增长。

低噪声与快速瞬态响应是一个提高系统性能和稳定性的关键因素。

而低压差线性稳压器(LDO)作为一种常见的电压稳定器,广泛应用于各种集成电路的供电系统中。

因此,设计一种低噪声快速瞬态响应的LDO对电子设备的性能提升具有重要意义。

主体:1. 低噪声设计在低噪声设计中,主要考虑两个方面:抑制输入噪声和输出噪声。

首先,为了抑制输入噪声,可以采取以下几个措施。

首先,在输入端添加低通滤波器,滤除高频噪声。

其次,在输入和地之间添加电容,使其形成电源电容,可以有效衰减输入噪声。

此外,还可以添加电感来滤除输入噪声。

其次,为了降低输出噪声,可以采取以下几个策略。

首先,在输出端添加电容,形成输出电容,以提供额外的去耦电容。

其次,在反馈回路中使用低噪声运算放大器,以降低系统增益,减少噪声的放大。

此外,还可以进行频带限制,以去除输出噪声中的高频成分。

2. 快速瞬态响应设计快速瞬态响应是指LDO对于输入电压和负载变化的快速响应能力。

在设计中,主要考虑两个方面:提高带宽和优化补偿电路。

为了提高带宽,可以采取以下几种方式。

首先,选择高增益的增益放大器,以提高系统的增益带宽积。

其次,优化电压放大器的频率补偿,使其在高频范围内有效工作。

此外,还可以采用多级放大器和平行电容放置,以提高带宽。

在补偿电路优化方面,可以采取以下措施。

首先,使用合适的补偿网络来提高系统的稳定性和相位边际。

其次,通过引入零点来提高系统的相位裕度。

此外,还可以使用电流源来增加系统的稳定性,并提高瞬态响应。

总结:通过对低噪声和快速瞬态响应LDO设计的探讨,可以得出以下结论。

首先,低噪声设计可以通过采取滤波措施、电源电容和电感的添加来抑制输入噪声,并通过反馈回路中使用低噪声运算放大器、频带限制等方式降低输出噪声。

其次,快速瞬态响应设计可以通过提高带宽、优化补偿电路等方式来提高系统对于输入电压和负载变化的响应能力。

一种宽电压范围高瞬态响应LDO_的设计与实现

一种宽电压范围高瞬态响应LDO_的设计与实现

河南科技Henan Science and Technology电气与信息工程总第810期第16期2023年8月一种宽电压范围高瞬态响应LDO 的设计与实现戴澜栗元(北方工业大学,北京100144)摘要:【目的目的】设计一款能满足DC-DC 电源管理芯片宽输入电压范围需求,且能驱动片外功率MOS 管的高瞬态响应低压差线性稳压器(LDO )。

【方法】采用带高压管的共源共栅(Cascode )电流镜来完成对LDO 的设计,使用带源极跟随器的Ahuja 补偿结构,并采用双环路结构。

【结果】该设计可满足系统的宽输入电压范围,能有效解决负载变化和片外开关管栅极大电容引起的频率稳定性问题,使LDO 在全负载范围内保持稳定,确保系统的瞬态响应及负载调整率。

【结论】基于华虹0.35μm BCD 工艺来完成相关电路设计,电路的输入电压范围为3~24V 、输出电流范围0~250mA 。

在500kHz 的开关频率下,输出下冲电压为22.9mV 、稳定时间为3.15μs ,输出上冲电压为13.0mV 、稳定时间为2.96μs ,负载调整率为60μV/mA 。

关键词:电源管理芯片;低压差线性稳压器;带源随器的Ahuja 补偿;双环路中图分类号:TN433文献标志码:A文章编号:1003-5168(2023)16-0004-07DOI :10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.16.001Design and Implementation of a Wide Voltage Range and High Transient Response LDODAI Lan LI Yuan(North China University of Technology,Beijing 100144,China)Abstract:[Purposes ]This paper aims to design a low voltage differential linear regulator (LDO)withhigh transient response,which can meet the requirements of wide input voltage range of DC-DC powermanagement chip and drive off-chip power MOS transistors.[Methods ]A Cascode current mirror with a high-voltage tube was used to complete the design of the LDO.The Ahuja compensation structure with a source follower was used,and a double-loop structure was used.[Findings ]The design can meet the wide input voltage range of the system,and can effectively solve the problem of frequency stability caused by load change and large gate capacitance of off-chip switch tube,so that the LDO can remain stable in the full load range,and ensure the transient response and load regulation rate of the system.[Conclusions ]The relevant circuit design is completed based on Huahong 0.35μm BCD process.The input voltage range of the circuit is 3~24V and the output current range is 0~250mA.At a switching fre⁃quency of 500kHz,the output undershoot voltage is 22.9mV,the stabilization time is 3.15μs,the out⁃put overshoot voltage is 13.0mV,the stabilization time is 2.96μs,and the load regulation rate is 60μV/mA.Keywords:PMIC;LDO;Ahuja compensation with source follower;double loop收稿日期:2023-02-12作者简介:戴澜(1975—),男,博士,教授,研究方向:模拟集成电路设计。

基于65nm CMOS工艺快速瞬态响应LDO的设计与实现

基于65nm CMOS工艺快速瞬态响应LDO的设计与实现

基于65nm CMOS工艺快速瞬态响应LDO的设计与实现随着电子产业的高速发展,集成电路的规模日益增加,电源管理技术的重要性在电子行业发展中成为一大焦点。

低压差线性稳压器(LDO)以自身的优点结构简单、面积小、高电源抑制比和低功耗等,成为纳米工艺VLSI供电的主要方式。

目前,超大规模集成电路的电源配电网络(PDN)处于分布式稳压器阶段,LDO 成为其核心电路,然而,随着电路规模的越来越大,PDN网络作为LDO的负载,其变化对于LDO输出的稳定性有着非常大的影响,进而影响整个电源管理网络的可靠性。

因此,在提高系统稳定性的同时,保证快速的负载瞬态响应成为了LDO设计的重点和难点。

本文设计的具有快速响应特性的LDO是基于分布式LDO的PDN可靠性研究国家部委项目背景。

分析了LDO电路的基本结构和工作原理,设计了一个具有快速响应特性的LDO电路,包括电压基准电路、误差放大器电路、缓冲器瞬态增强电路、功率调整管以及反馈回路五个电路模块,重点改进了LDO系统的稳定性和瞬态特性。

在SMIC 65nm CMOS工艺下,通过仿真验证,设计的电路达到指标要求。

在LDO 设计中采用了优化的阻抗衰减缓冲器来驱动功率调整管。

通过动态偏置并联反馈来降低输出阻抗,增强对功率管栅极的驱动能力,有效提高了LDO的瞬态特性。

使用插入优化的阻抗衰减缓冲器,将低频极点分裂为两个高频极点,简化了系统的稳定性补偿方法,增强了LDO系统的稳定性。

同时采用电流缓冲器对LDO进行稳定性补偿,使电路在整个负载电流范围内保持稳定。

本文设计的LDO增加了瞬态增强电路,对于输出电压的跳变通过瞬态增强电路对功率管栅极充电或者放电,使得输出电压快速稳定下来。

采用电流求和结构设计了参考电压为0.8V的基准电压电路,并且增加了抑制电源噪声电路,具有良好的温度系数和较高的电源抑制比。

采用折叠式共源共栅放大器对基准电压和采样反馈电压进行压差比较放大。

此结构的高增益特性有助于提高LDO的电源抑制比和负载调整率。

LDO原理介绍

LDO原理介绍

LDO原理介绍LDO(Low Dropout)是一种用于稳定输出电压的线性稳压器。

它主要用于在电源电压波动或负载变化时稳定输出电压。

LDO的工作原理是将输入电压通过调节管调节,并将其稳定在预设的输出电压。

LDO通常由三个关键组件构成:参考电压源、误差放大器和调节管。

首先,参考电压源提供参考电压给误差放大器。

这个参考电压一般设计为固定值,如1.2V或2.5V,用于与输入电压进行比较。

误差放大器的作用是将参考电压与实际输出电压之间的差异进行放大,并将其转换为驱动调节管的控制信号。

当误差放大器检测到输出电压低于设定值时,它会增大输出信号,从而驱动调节管提供更多的电流。

当输出电压高于设定值时,它会减小输出信号,从而驱动调节管提供更少的电流。

通过这种反馈机制,LDO能够实现稳定的输出电压。

调节管是LDO的最重要组成部分。

它是一种具有低压降的高功率晶体管,它能够提供稳定的输出电流。

调节管的主要作用是根据误差放大器的控制信号来调节电流大小,以保持输出电压稳定。

LDO的工作原理可以分为三个阶段:起始阶段、稳压阶段和负载变化阶段。

在起始阶段,输入电压被应用于LDO电路。

当电路开始工作时,调节管处于关闭状态,此时输出电压等于输入电压减去调节管的压降。

在稳压阶段,输入电压被调节管稳定在输出电压以上。

这是通过误差放大器对输出电压进行监测,并通过调节管的控制信号来调整电流大小,以保持输出电压在设定值范围内。

在负载变化阶段,当负载的电流产生变化时,LDO需要快速响应以保持输出电压的稳定。

这是通过误差放大器的控制信号来调节调节管的电流来实现的。

当负载电流增加时,误差放大器会增大调节管的控制信号,从而增加输出电流。

相反,当负载电流减少时,误差放大器会减小调节管的控制信号,从而减小输出电流。

通过这种方式,LDO能够快速响应负载变化,从而保持输出电压的稳定。

总结起来,LDO是一种通过误差放大器控制调节管电流的线性稳压器。

它通过反馈机制,实现对输出电压的稳定,无论在电源电压波动还是负载变化的情况下。

LDO工作原理

LDO工作原理

LDO工作原理LDO(Low Dropout)是一种电压稳压器,用于将输入电压稳定到较低的输出电压。

它是一种高效、低功耗的稳压器,广泛应用于电子产品中,如移动设备、电子通信和汽车电子系统等。

LDO的工作原理如下:1.基本构建LDO的基本构建包括一个功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)和一个参考电压源。

MOSFET是一种能够控制电流流动的电子元件,参考电压源提供稳定的参考电压。

2.工作原理当输入电压VIN输入LDO时,其经过一个电流限制器并通过MOSFET 传导。

MOSFET的控制电压由一个差分放大器与参考电压源之间的比较来控制。

放大器会比较输出电压VOUT和参考电压VREF之间的差异,将控制信号传递给MOSFET,通过调节其导通程度来保持输出电压稳定。

3.电流限制器电流限制器用于限制输入电流的变化范围,防止过载和故障。

当输入电流增加时,电流限制器通过控制MOSFET的导通程度,使电流恒定。

这样可以保护LDO和电路中的其他元件不受损害。

4.参考电压源参考电压源是LDO的核心部分,它提供稳定的参考电压。

一般来说,参考电压源由一个带有稳压二极管和参考电阻的电路组成。

稳压二极管可以产生与温度和输入电源变化无关的稳定电压。

参考电阻用于将参考电压源的输出电压调整到所需的水平。

5.负载调整LDO需要适应负载变化,以保持输出电压稳定。

为了实现负载调整,将一个电流源,称为调整电流源,与MOSFET的栅极相连。

当负载发生变化时,调整电流源会调整MOSFET的导通程度,来保持输出电压的稳定。

6.稳定性稳定性是一个关键因素,确定LDO是否能够在各种负载和输入电压条件下保持输出电压稳定。

为了确保稳定性,设计LDO时需要考虑如下因素:零点稳定性、带宽补偿、鲁棒性和负载调整。

零点稳定性是指LDO的输出电压在开环状态下是否稳定。

带宽补偿是通过增加补偿电容来提高稳定性。

鲁棒性是保持LDO的输出电压不受负载和输入电压变化的影响。

采用AB类源跟随器的无片外电容快速瞬态响应LDO

采用AB类源跟随器的无片外电容快速瞬态响应LDO

采用AB类源跟随器的无片外电容快速瞬态响应LDO
姚方舟;张章
【期刊名称】《合肥工业大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(45)4
【摘要】文章提出一种快速响应、高稳定性、无片外电容的低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO),应用于无线能量传输系统中的接收端电源管理。

采用电容耦合方式感知负载变化,可以有效检测输出端负载跳变,在负载瞬间跳变时增大功率器件栅极电容的充放电电流,具有摆率增强的作用,增强瞬态响应。

缓冲级采用AB类超级源跟随器,实现了动态电流提升,且不会降低电源电压要求或增加静态功耗;同时,引入负反馈实现低阻抗转化将次极点推到更高的频率,提高环路的相位裕度。

采用CSMC 0.35μm的CMOS工艺进行设计和仿真。

仿真结果表明:输入电压为2.1~4.8 V时,该LDO的输出电压为1.2 V,最大负载电流为300 mA;负载电流在2~300 mA之间变化时,输出电压的最大上冲值和下冲值分别为111、188 mV,响应时间分别为3.2、2.1μs。

【总页数】6页(P475-480)
【作者】姚方舟;张章
【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN432
【相关文献】
1.一种多模式高瞬态响应无片外电容LDO的设计
2.300mA快速瞬态响应的无电容型LDO设计
3.一种快速瞬态响应无输出电容LDO的研究与设计
4.一种快速瞬态响应的无片外电容LDO的设计
5.一种快速瞬态响应的无片外电容LDO稳压器设计
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ldo补偿方法

ldo补偿方法

LDO补偿方法1. 什么是LDO补偿方法?LDO(Low Drop-Out)是一种线性稳压器,用于将高电压降低到所需的低电压。

由于LDO的输出电压与输入电压之间的差异很小,因此称为“低压差”。

然而,由于制造和温度变化等因素的影响,LDO输出电压可能会发生偏差。

为了解决此问题,需要使用LDO补偿方法。

LDO补偿方法是一种通过对LDO进行校准和调整来消除其输出电压误差的技术。

它可以提高系统的稳定性和性能,并确保所需的精确输出电压。

2. LDO补偿方法的原理LDO补偿方法基于对LDO内部参考电压进行调整来实现对输出电压误差的补偿。

通常使用一个或多个外部元件来实现这种调整。

主要的LDO补偿方法包括:2.1 预调节器预调节器是一种通过在输入端引入一个参考电流来调整LDO输出电压的方法。

它通过改变输入端参考电流与负载之间的关系来实现误差补偿。

预调节器可以根据负载变化来自动调整输出电压,从而提高LDO的稳定性和响应速度。

2.2 带温度补偿的电流源带温度补偿的电流源是一种通过在LDO内部引入一个温度传感器来调整输出电压的方法。

它可以根据LDO芯片温度的变化来自动调整输出电压,以消除由于温度变化而引起的误差。

2.3 双环路反馈双环路反馈是一种通过在LDO内部引入两个反馈环路来调整输出电压的方法。

其中一个环路用于快速响应瞬态负载变化,另一个环路用于稳定输出电压。

通过组合两个环路的控制信号,可以实现对输出电压误差的补偿。

3. LDO补偿方法的优势使用LDO补偿方法可以带来以下优势:3.1 提高系统稳定性LDO补偿方法可以消除由于生产过程和温度变化等因素引起的输出电压误差,从而提高系统的稳定性。

它可以确保所需精确的输出电压,并减少系统中其他元件受到不稳定电压影响的风险。

3.2 提高系统性能LDO补偿方法可以提高LDO的响应速度和负载调整能力。

通过快速调整输出电压以适应瞬态负载变化,可以提高系统的性能和稳定性。

3.3 减少功耗LDO补偿方法可以减少由于误差引起的功耗损失。

数字ldo 原理

数字ldo 原理

数字ldo 原理ldo (低压差动放大器) 是一种常用于电源管理和集成电路的器件。

它被设计用于将高压输入转换为稳定的低压输出。

ldo 的工作原理基于负反馈回路和功率放大器的组合。

在一个典型的ldo中,输入电压被馈送到功率放大器的非反相输入端,同时也被馈送到反馈网络。

反馈网络通过将输出电压与参考电压进行比较,产生一个误差电压。

误差电压被放大并反向馈入功率放大器的反相输入端。

这种负反馈机制使得ldo能够自动调节输出电压以使其保持稳定。

通过将输入电压与参考电压进行比较,ldo能够调整输出电压的大小。

当输出电压低于设定值时,ldo会增加功率放大器的增益,使输出电压上升。

相反,当输出电压高于设定值时,ldo会降低功率放大器的增益,使输出电压下降。

这种反馈机制能够确保输出电压的稳定性,并抵消输入电压变化和负载变化所引起的波动。

ldo还具有短路保护和过热保护等功能,以确保在异常情况下保护电路和器件的安全。

短路保护机制能够防止输出短路时电流过大,过热保护机制能够在温度超过安全范围时自动关闭ldo以防止器件损坏。

除了稳定输出电压,ldo还具有其他优点。

它的输出电压稳定性高,噪声低,并且具有快速的响应时间。

此外,ldo采用集成电路技术制造,使其体积小巧,适用于各种小型电子设备。

ldo作为一种广泛应用于电源管理和集成电路的器件,通过负反馈回路和功率放大器的组合实现了高效稳定的电压转换。

其工作原理简单而可靠,具有稳定性高、噪声低和快速响应的优点。

通过短路保护和过热保护等功能,ldo能够确保电路和器件的安全运行。

随着技术的不断进步,ldo在电子设备中的应用前景将更加广阔。

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1. Introduction
The power integrated circuit (IC) is an indispensable element in modern electronic systems in which the low-dropout regulator (LDO) is widely used. A typical structure of the LDO is shown in Fig. 1(a)Œ1 4 , which is a definitely classical second-order loop. Figure 1(b) shows the transform model. The output waveform is presented in Fig. 1(c) when the workload changes transiently. The transient response is a major property of LDO to its applications, although other performances of it are also basilic. But in fact, the loop’s time-constant is very large because of the huge gate capacitor of a massive power MOSFET. It is said that the gate capacitor of a 10000 m-wide MOS can reach more than 50 pF in a 0.35 m CMOS processŒ1 . In a typical LDO, the control loop changes the gate voltage of the power MOSFET to maintain the output voltage only if the workload increases. But when the workload decreases, the settling process depends on the workload itself. By this issue, the transient response of the typical LDO presented in Fig. 1 is inefficient. On the other hand, the reference voltage in a normal LDO is delivered from a bandgap voltage reference. The normal reference voltage is 1.23 V, which means that the sub-1-V output is produced discommodiouslyŒ5 . Lots of ways are employed to improve the transient performance of LDOs, including reducing the time constant of the loop, optimizing the damping coefficient and natural resonant frequency, and establishing additional charging/discharging paths to accelerate the settling period. HengŒ1 implemented a discharging path on the gate of the power MOSFET, by which the single-side time constant is reduced. Meanwhile, a charging path was implemented additionally, so that the gate volt-
age of the power MOSFET changed rapidly on both sidesŒ2 . LimŒ6 set up a special current path that was shunt-wound to the workload, by which the discharging was speeded up at the output end. All of those accelerations are the appendices of a typical LDO. As a novel structure, like the control methodology of a charge pump phase-locked loop (PLL)Œ7 , an LDO with a current control loop (CCL-LDO) is proposed in this article. In the CCL-LDO, the driving ability of the error amplifier (EA) is enhanced. The output voltage is not restricted by a classical reference and can be sub-1-V. Both manual analysis and verification by HspiceTM show that the transient performance of the CCL-LDO is extraordinarily excellent.
* Project supported by the National New Century Excellent Talents in University, the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University of China, and the National Natural Science Foundation of China (Nos. 61076036, 60906009). Corresponding author. Email: guoyang@ c 2011 Chinese Institute of Electronics Received 5 February 2011, revised manuscript received 7 April 2011
2. Structure and circuit of CCL-LDO
Generally, the transient performance of current signals is faster than that of voltage signals, and it also has stronger interference immunity. Therefore, the transient performance is better in the current second-order loop. The conceptual structure of the proposed CCL-LDO is illustrated in Fig. 2, which adopts the control method of a charge pump PLL. Compared with the classical structure in Fig. 1(a), there is no resistor network but a voltage buffer (BUF) adopted, by which the output voltage is sampled, and an OTA generates the control current instead of the operational amplifier (OP). Then, this current is integrated to voltage by the capacitor Cs , which is connected to the gate of the power MOSFET. Several advantages can be concluded, as follows: (1) The feedback signal is the true voltage of the output and is not restricted by the 1.23 V bandgap reference, so that the sub-1-V output can be generated easily.
School of Computer, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Abstract: A transient performance optimized CCL-LDO regulator is proposed. In the CCL-LDO, the control method of the charge pump phase-locked loop is adopted. A current control loop has the feedback signal and reference current to be compared, and then a loop filter generates the gate voltage of the power MOSFET by integrating the error current. The CCL-LDO has the optimized damping coefficient and natural resonant frequency, while its output voltage can be sub-1-V and is not restricted by the reference voltage. With a 1 F decoupling capacitor, the experimental results based on a 0.13 m CMOS process show that the output voltage is 1.0 V; when the workload changes from 100 A to 100 mA transiently, the stable dropout is 4.25 mV, the settling time is 8.2 s and the undershoot is 5.11 mV; when the workload changes from 100 mA to 100 A transiently, the stable dropout is 4.25 mV, the settling time is 23.3 s and the overshoot is 6.21 mV. The PSRR value is more than 95 dB. Most of the attributes of the CCL-LDO are improved rapidly with a FOM value of 0.0097. Key words: current control loop; transient response; LDO; damping coefficient; natural resonant frequency DOI: 10.1088/1674-4926/32/8/085007 EEACC: 2570
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