LDO设计的几个问题

WEN_AMY · 发表于 2012-4-26 22:55:11

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本帖最后由 WEN_AMY 于 2012-4-26 23:00 编辑

在做一个LDO，因为供电的片子功耗很低，正常是150uA，处理的也是低频信号，碰到几个问题，还望做过的前辈们不吝指教下。
1，调整管的问题
后面的供电模块工作电流是150uA，因为后续版本可能加入其他的电路模块，所以负责人说让我最大电流假设到1mA。于是我按照最大电流1mA下管子工作在饱和区，计算了调整管的尺寸。但是后来发现，负载变为150uA的时候，调整管工作在了亚阈值区。所以想问一下，调整管这种情况电路能正常吗？看已有的原理分析，在整个电流范围内，管子都应该在饱和区。

2，环路的稳定性
输出电路是4.7u，输出旁路电容式10n，加了一个20ohm的ESR电阻仿真，相位裕度是够了。但是这个20ohm的补偿电阻是不是值大了些？然后导致瞬态特性变差，过冲的峰值过大。

另外一个问题是，我分别仿了空载，150uA，1mA三种负载情况的相位裕度，发现150uA时的PM最大。但是看paper后理解的应该电流越大，相位裕度越好才是。

第三是，看相位响应图，我判断不了主极点到底是在输出端还是在误差放大器的输出端，按照P1=1/2pi*Ropass*CL; P2=1/2pi*Resr*Cb; P3=1/2pi*Roa*Cpar，算出来的数值和曲线上看到的不大一样，除了P2这个高频极点能分辨的出来外，前两个极点都挨的特别近，附图是负载为1mA时候的图。不知道误差运放的输出阻抗Roa怎么算，所以我现在都判断不出来主极点是哪一个。

看了很多已有的LDO的设计，都针对的是几百mA，最小也是十mA负载的设计，而且应用的也是高频领域，对带宽的要求比较高。而我现在做的是低频的应用，对带宽的要求应该特别低，而且电流这么小，刚开始的时候觉得应该是很好做才是，但是现在发现这几个问题都好奇怪。想了好几天都没有很好地解决。
希望大伙能给点建议，是不是无电容型的结构会更加适用一些呢？

liuqingfeng2011 · 发表于 2012-4-27 14:55:33

看了楼主的描述，选用的LDO似乎是经典的LDO结构。根据某文章的分析，在0~1mA之间的稳定性是不太容易做的。根据你的提问，给写愚见吧，呵呵
1、调整管的工作区域：一般经典LDO结构，要求工作在饱和区。但是也有列外的，比如2003JSSC的一篇（香港大学）DFC型的LDO，调整管是可以工作于线性区的；工作到亚阈区的也有，记不清是哪片文章了，似乎是2005年的一片微分器型LDO中有讲到。
2、环路的稳定性：经典LDO结构的频率补偿，通常要Cout加上小的ESR，ESR似乎不要超过10ohm。其实这里我也有个疑问：为什么要加10n的旁路电容，要知道，他和ESR结合，会产生新的极点。一般文章里分析时，这个旁路电容指的是供电线的寄生电容。
从你的描述来看，主极点似乎仍在输出端。输出电阻的计算很多paper里都有讲到哦，呵呵。耐心细致就能找到答案了。LDO的带宽一般在几百K左右。

liuqingfeng2011 · 发表于 2012-4-27 14:59:46

呵呵，其实坛子里有很多paper 的。我从不知LDO为何物开始，在坛子里下了很多的资料看。从简单到复杂，呵呵。现在还有很多东西仍在学习中，但大概知道LDO为何物了，呵呵

liuqingfeng2011 · 发表于 2012-4-27 15:11:23

其实，我可以针对性的给你几篇文章，但是服务器不支持上传，我可以晚上回家发给你。留个邮箱吧

kefei_009 · 发表于 2012-4-27 23:48:44

回复 1# WEN_AMY

这么小的负载能力，完全可以做无外接负载电容结构，第一个问题，pass管工作在什么状态并不重要，重要的是在各种条件下pass管能提供最大负载电流就行；第二个问题，主极点在输出处，当150uA负载时的主极点相比1mA负载时更靠原远点，故相位裕度更好

lindychen · 发表于 2012-4-28 09:29:01

如楼上所说，这么小的负载能力，完全可以用片内电容实现，也不需要很大的面积。觉得在150uA的情况下最好是让管子工作在饱和区，这是你的常用负载。负载能力比较小，调整管的w不用弄的很大，那么在150uA饱和应当不难。一般，负载小调整管才会在线性区，负载大的时候很容易会在饱和区的。

WEN_AMY · 发表于 2012-4-28 09:31:59

本帖最后由 WEN_AMY 于 2012-4-28 09:33 编辑

回复 2# liuqingfeng2011

嗯，手上有那篇paper。其实现在手头上LDO方面的paper有好多好多，但是就像这篇一样，基本都是针对重负载的，所以引用过来的时候总有很多问题。你说的对，耐心细致总会解决问题的。我的邮箱2006mizi@163.com 谢谢这位童鞋了~

dj_max · 发表于 2012-4-28 09:37:40

才1mA的最大输出电流，做什么片下电容，最简单的LDO结构都搞定了...晕

WEN_AMY · 发表于 2012-4-28 09:37:44

回复 5# kefei_009

嗯，有打算设计无外接电容型的结构。如你所说，电流小时输出极点更靠近原点，故相位裕度更好。那为何负载电流为零时的相位裕度相对150uA时又下降了呢？

WEN_AMY · 发表于 2012-4-28 09:40:34

回复 6# lindychen

电流大更容易工作在饱和区没有错，可是如果管子尺寸是按照150u计算设计的，那么1mA负载的时候，调整管在饱和区，但是Vdsat会增大，dropout电压就变大了，效率也就低了。

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