随着便携设备应用的快速发展，电源管理系统已经成为当前集成电路产业中的一个热点。LDO（LowDropoutRegulator）线性稳压器，也称低压差线性稳压器，在电源管理系统中，能够有效抑制电源噪声电压，在电源电压不稳定的时候提供稳定纯净的输出电压。无片外电容的LDO可实现片上集成，已经成为DRAMs、PLLs和EPROMs等对噪声敏感器件的重要组成部分。

　　LDO有很多重要的参数，如静态电流、跌落电压、负载稳压度（load regulation）、线性稳压度（lineregulation）、PSR和芯片面积等，其中小面积、低静态电流是当今越来越小的片上系统的发展趋势，而比较高的PSR也受到越来越人们的关注，已经有多种不同的方法来提高LDO的PSR.本文介绍了一种高PSR、低功耗、小面积的片上LDO的设计方法。

　　2LDO的工作原理是LDO基本结构图，它包括一个带隙基准（bandgap）、一个误差放大器（EA）、一个PMOS传输器件和电阻反馈网络，其中是EA的静态电流，它和PMOS传输器件的静态电流决定了LDO的静态功耗。71和匚是负载电流和负载电容，代表了LDO所驱动负载的状况。基准电压由带隙基准产生，它能产生一个与温度无关的，稳定的电压，用来和反馈电压做校准。

　　LDO的基本结构图带隙基准产生一个稳定的与温度无关的电压，由于EA的增益比较高，所以会使正负两个输入端的电压接近相等，这样便可以通过调整反馈电阻的大小，来得到想要的输出电压。输出电压达到期望值时，当输出电压有微小的升高，会使EA的输出电压也升高，从而使流过传输PMOS器件的电流减小，输出电压也变小，起到了反馈调节的作用，使输出电压稳定。输出电压降低时同理。所以，LDO可以提供一个稳定的输出电压。

　　3高PSR的LDO结构如所示，输入电源噪声主要通过三条路经来传输到LDO的输出端。第一条路经是通过bandgap的输出，经过EA的放大和PMOS传输器件达到输出端。对于这条路经，降低输出噪声的方法主要是提高bandgap的PSR，使它的输出电压受输入电源电压的噪声干扰减小。第二条路径是输入电压直接从PMOS传输器件的源端直接传输到LDO的输出端。由于基本结构的LDO中PMOS传输器件的源端是直接与输入电压相连，所以源端会包含所有的输入噪声电压。第三条路经是输入电压通过EA的VIN端输入，从其输出端输出到PMOS传输器件的栅端，然后再传输到LDO的输出端，这条路径与EA的PSR有关。

　　（b）所示为EA第一级M2和M4的小信号模型，由（b）可以得到一般情况下1/心4rdS2，所以Vg近似等于Vdd.这样M6的栅源电压都含有近似相同的电源噪声，栅源电压查Vgs便不含电源噪声，产生的电流也基本不含电源噪声，使EA的输出噪声基本为零。

　　EA结构与EA第一级小信号模型由于PMOS器件栅端电压基本无电源噪声干扰，而PMOS器件源端是直接与输入端相连，所以栅源电压差会有比较高的噪声电压差，使流经PMOS的电流中也受到比较强的电源纹波噪声干扰。有两种方法可以降低输出端的噪声干扰。第一种是使PMOS器件栅端电压也含有同输入电压相同的电源噪声电压；另一种则是使PMOS器件源端电源噪声电压基本为零。这两种方法都会使PMOS的栅源电压差对于电源噪声干扰基本为零，产生不受电源噪声干扰的电流，进而得到基本不受电源噪声电压干扰的输出电压，使EA的PSR得到了提升。

　　由于EA的输出电源噪声基本为零，所以提高PSR的方法是使PMOS的源端电压电源噪声为零。改进的电路图如所示。

　　高PSR的LDO结构在PMOS器件源端增加了一个NMOS器件，同时在NMOS的栅端连接一个RC滤波器，它会将栅端电压中的电源噪声干扰大部分被滤除，使得栅端不受电源噪声影响，从而使其源端也不受电源噪声的干扰，使得PMOS器件的源端电压也不受电源噪声干扰，得到受输入电源电压噪声干扰比较小的LDO输出电压。

　　使输出摆幅降低，降低电压余量。但是如果用nativeNMOS可以使这个问题得到解决。因为nativeNMOS的阈值电压很低，约为一0.000 3V，所以这个NMOS会始终保持导通并使源端电压十分接近漏端电压，这样就能保持很好的电压余量的同时，提高了PSR. Bandgap的PSR改进结构如所示。该结构由三部分组成：Bandgap核心电路、PSR改进结构和启动电路。Bandgap核心电路用来产生一个与温度无关的带隙电压，启动电路是为了防止Bandgap工作在零电流工作状态，使之正常工作。PSR改进部分由一个NMOS，M10和一个二极管连接的PMOS，Ml1组成。二极管连接的M11有一个很低的阻抗1/心11，其中gmi是Mil的跨导，。是M10的源漏电阻，可以得到所以，Ml和M2的栅源电压差基本不受输入电源电压噪声干扰，产生不受电源噪声干扰的电流，使输出电压中基本不含有输入电源噪声电压，0.18MmCOMS工艺进行设计，其总体静态电流为10，输入电压V时，输出稳定电压为2.5 V；当输入电压低于2.5 V时，输出电压则与输入电压相同。负载电容范围为60500pF，负载电流范围为0500 MA.PSR对负载电容分别为60 pF、200pF、500pF进行测试，得到低频下PSR为一46.3dB，比较坏的情况下也能达到一27. 5dB，比改进前提高了约16dB.对负载电流分别为0、0 MA、500八进行测试，得到低频下PSR约为一45.6 dB，比较坏的情况也能达到一18.7 dB，比改进前提高了约12dB.这样在输出端得到的输入电源噪声会比较小，对噪声有了比较好的抑制。PSR测试结果如所示。

　　关于稳定性，同样是在负载电流分别为0，10 A和负载电容分别为60pF，200pF，500pF进行开环测试，测得的相位裕度（phasemargin）在负载电流为、1uA、500pA条件下分别为89. pF条件下分别为71.4°、66.5°、48.5°保证了系统的稳定。

　　瞬态测试结果如所示，在低于2.5V的情况下，输出保持和输入电压相同。在高于2.5V的情况下，输出电压则稳定在2.5V，电压波动会在2内稳定，过冲电压的比较大变化为3. 4%，达到了输出稳定电压的效果。

　　5结束语文中设计了一种低功耗，高电源抑制比的LDO，在TSMC0. 18CMOS工艺下，静态电流仅有10 PA，非常低的功耗适合于在芯片上集成。同时，整体结构的PSR也得到了改进，低频下达到一45dB，比较差的情况也达到了一20dB左右，很好地抑制了输入电源电压的纹波噪声，更适合于对噪声敏感的电路。