適用于片內集成的可修調低失調LDO

楊詩洋，陳 嵐，陳巍巍，陳 麗，龍 爽，呂志強

（中國科學院微電子研究所北京 100029）

LDO線性穩壓器能夠通過反饋調節來保證輸出電壓的穩定性和高精度，適于集成在片內電源管理系統中[1-2]。由于工藝偏差和基準源誤差，LDO的輸出電壓往往偏離預設值，一般通過修調電路將輸出電壓調節到預設值附近。然而由于修調電路自身存在非理想因素，在反饋環路中引入了失調，從而造成修調精度的損失。

文中針對修調電路引入失調的問題提出了一種降低修調電路失調影響的解決辦法，在修調電路（Trim）和分壓網絡之間插入失調隔離模塊（Offset isolation），以此來減小修調電路的失調影響。電路的仿真結果表明，由于修調電路失調給輸出電壓帶來的影響得到有效抑制，提高了輸出電壓調節線性度。

1 電路結構與工作原理

LDO穩態時有：

Isb為LDO穩態時分壓網絡的電流。

圖1為文中電路結構，該LDO主要由誤差放大器、電壓調整管、修調電路、失調隔離模塊和分壓網絡組成[3]。其中，V ref表示輸入基準電壓，PMOS調整管提供穩定輸出電壓V out[4]。

修調電路通過控制修調網絡電阻壓降來調節輸出電壓的精度[5]。圖2為修調電路原理示意圖。

經過修調的輸出電壓表示為：

圖1 帶修調失調隔離的LDO結構圖Fig.1 LDOarchitecture with offset isolation

圖2 修調電路原理示意圖Fig.2 Prototype of trimming circuit

Itrim為可設定的修調電流，Vout為進行修調前LDO的輸出電壓。實際情況下，修調電路中的MP0、MN0管鏡像得到電流值并不一致，而是存在誤差[6-7]，設流過MP0管的電流為IP，MN0管為In，由此產生失調電流Ios=|IP-In|。失調電流作用在分壓網絡上，對輸出電壓造成影響，造成修調精度的損失。

若Ios直接作用在分壓網絡上，產生失調電壓，對輸出電壓的影響表示為：

輸出電壓變化率為：

為減小上述失調電流對輸出電壓的影響，本文提出一種失調隔離電路，插入在反饋環路中以隔離修調模塊的影響。

失調隔離電路采用如圖3所示結構。失調隔離電路主要由采樣管（V-I轉換），電流鏡，負載管（I-V轉換）組成。它的主要功能是采樣分壓網絡電壓（VE=VC），分隔修調模塊和分壓網絡，采用的隔離原理為MN2能吸收失調電流，避免失調電流直接影響分壓網絡。

圖3 失調隔離電路Fig.3 Offset isolation circuit

穩態時，流經MN2的電流為：

Ios作用在MN2管上，引起VGS的變化：

2 仿真結果

在1.2V電源電壓下，對輸出電壓變化率進行仿真分析。表1給出了不同失調程度下，失調電流對輸出電壓的影響（無失調時的輸出電壓為802.3 mV）。

表1 不同失調電流對輸出電壓的影響Tab.1 Output voltage deviations versus offset currents at different level

圖4對比了加入失調隔離和未加入失調隔離對輸出電壓變化的影響，可見失調隔離模塊對電流失調帶來的影響有很強的抑制作用。

圖4 失調隔離對輸出電壓變化的影響對比Fig.4 Output deviation with and without offset isolation

通過抑制失調，修調電路對LDO輸出電壓的調節體現出較理想的線性度，如圖5所示。

圖5 輸出電壓修調范圍Fig.5 Output voltage trimming range

3 結 論

文中設計了一款適用于片內集成的可修調低失調的LDO線性穩壓器。通過對修調電路采取失調隔離，抑制了修調精度損失，提高了修調范圍內的調節線性度。仿真結果表明，修調電路發生10%的電流失調時，輸出電壓僅變化0.31%，失調隔離大大抑制了修調電路失調帶來的影響。

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