LDO線性穩(wěn)壓器誤差放大器設(shè)計

　　本文設(shè)計的誤差放大器為帶共源共柵電流鏡負載的共源共柵差分運算跨導放大器。它應(yīng)用在一款超低功耗的LDO線性穩(wěn)壓器中，采用共源共柵差分結(jié)構(gòu)，提高了 PSRR，低頻達到119dB。同時，該放大器具有高共模抑制比(CMRR)，低頻達到106dB，靜態(tài)電流不超過0.62μA。

　　OTA的設(shè)計與仿真

　　PSRR定義為輸入端到輸出端的電壓增益與電源到輸出端的電壓增益之比，即

　　　Gm(s)和Gmp(s)分別是輸入端到輸出端、電源到輸出端之間的跨導。在LDO線性穩(wěn)壓器中，只有VDD一個低壓電壓源供電，因此，這里只討論VDD的PSRR。

　　電流鏡負載放大器是LDO線性穩(wěn)壓器中誤差放大器的基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。VDD通過M3、M4，為輸出端引入一個電流(go4+sCp4)VDD，通過M3、M1、M2，為輸出端引入一個電流(go1+sCp1)VDD，則

　　式中，go為輸出導納，Cp=CGD+CDB。

　　圖1　基本電流鏡負載差分電路

　　對這種結(jié)構(gòu)的放大器的PSRR進行Spice仿真，如圖2所示。從圖2中可以看出，低頻時的PSRR只能達到47.6dB，遠遠不能達到LDO 線性穩(wěn)壓器的性能要求。從(2)式可以看出，減小M1、M4的輸出導納，可以提高低頻時的PSRR，減小M1、M4的寄生電容，即減小MOS管的尺寸，可以提高高頻時的PSRR。

　　圖2　基本放大器的PSRR

[$page]　　采用共源共柵結(jié)構(gòu)，可以將輸出導納go減小至原來的go2/(gm2+gmb2)倍。圖3是本文設(shè)計的一種應(yīng)用于LDO線性穩(wěn)壓器的差分共源共柵OTA結(jié)構(gòu)。它采用兩級放大，第一級(M1～M8)采用共源共柵結(jié)構(gòu)提高PSRR，第二級(M10、M11)為反相器結(jié)構(gòu)。

　　圖3　一種共源共柵差分放大器電路

　　按照文獻[1]介紹的方法，對于圖3的放大器結(jié)構(gòu)，在低頻

　　式中，go1，3≈go2，4。

　　gox，y為共源共柵輸出端的輸出導納，如前所述gox，y≈goxgoy/(gmy+gmby)。

　　在高頻，由于各個MOS管的寄生電容的影響，各級的輸出阻抗變小，從而使高頻時的PSRR減小�？紤]這些寄生電容的影響，則

　　從(7)式可知，影響高頻時PSRR性能的主要是輸出端的M10，因此，在設(shè)計放大器時，應(yīng)盡量減小M10的尺寸。

[$page]　　對圖3的電路結(jié)構(gòu)進行PSRR的Spice仿真，如圖4所示。從圖4中可以看到，在頻率小于1kHz時，該放大器的PSRR值高達119dB。因此，該放大器滿足LDO線性穩(wěn)壓器的性能要求。