在便携式电子产品中，电源功率越高意味着电池使用时刻越长，而线性稳压器功率=输出电压×输出电流/输入电压×输入电流×100%,因而，输入与输出电压差越低、静态电流(输入电流与输出电流之差)就越低，线性稳压器的作业功率就越高。
本文规划的低压差线性稳压器其输出电压为2.5V或输出可调，满意当负载为1mA时，最小输入输出压差为0.4mV,当负载为300mA时，压差为120mV,电源电压作业范围为2.5~6V.
电路结构与作业原理
低压差线性稳压器的电路结构如图1所示，电路由调整管，带隙基准电压、差错扩大器、快速发动、过流约束、过热维护、毛病检测、及取样电阻网络等模块组成，并具有使能、输出可调等功能。调整管作为压差的负载器材，要满意本规划的要求，关于它的挑选需要点考虑：首要比较三极管和MOS管，因为三极管是流控器材，而MOS管是压控器材，比较而言MOS管结构的静态电流更低。其次，NMOS管作业时需一比输出电压高的驱动信号，而PMOS管则无此需求，特别在低输入电压时要产生一高的驱动电压变得较困难。因而，本文选用PMOS管作为调整管。
图1低压差线性稳压器电路结构
电路的作业原理是：在电路上电过程中，快速发动电路内有一个500μA的电流源的对CC端的旁路电容C充电，使电路尽快上电发动，差错运放的同相端经由取样电阻R1、R2对输出电压V0采样，再与Vref比较后输出扩大信号，操控调整PMOS管的栅极电压，使输出电压V0坚持安稳，即：
电路在作业过程中呈现过流、过热状况时，过流约束与过热维护电路会快速呼应，调整管的导通状况会被削弱、关断，维护电路不致损坏，一起毛病检测电路会产生一个低电平信号。使能端接高电平时电路正常作业;当使能端为低电平时，基准电路及调整PMOS管关断，电路处于等候状况。
要害特性剖析及规划考虑
1、漏失电压(VDO)和静态电流(Iq)
漏失电压界说为坚持稳压器正常作业的最小输入输出电压差，它是反映调整管调整才能的一个重要要素。对选用PMOS管作调整管的电路，漏失电压由导通电阻(Ron)和负载电流(Io)确认，即： VDO = Io×Ron.低压差线性稳压器的静态电流为输入电流与输出电流之差，即： Iq = Ii -Io.静态电流由偏置电流和调整管的栅极驱动电流组成。对PMOS调整管而言，栅极由电压驱动，几乎不产生功耗。在稳压器承载小负载或空载时，漏失电压极低，静态电流等于稳压器作业时的总偏置电流。规划时留意使PMOS调整管的导通电阻和漏电流尽或许做小，各模块电路在小电流状况下能正常作业。
2、功耗( Pw)和功率(η)
低压差线性稳压器的功耗为输入能量与输出能量之差，即：
PW = VI II – VO IO = ( VI – VO) IO + VI Iq
上式中，前一项是调整管产生的功耗，后一项是静态电流功耗。稳压器功率如前所述可表示为：
η= IO VO / ( IO + Iq ) VI×100 %
功耗与功率的表达式充沛说明关于低压差线性稳压器，低漏失电压、低静态电流意味着低功耗、高功率。
3、负载调整才能和电压调整才能
负载调整才能指当输出电流改变时，输出电压坚持必定值的才能，界说为：ΔVO /ΔIO,它表征了负载改变而稳压器坚持输出在标称值上的才能，该值越小越好。电压调整才能指当输入电压改变时，输出电压坚持必定值的才能，界说为：ΔVO /ΔVI,它表征了输入电压改变而稳压器坚持输出在标称值上的才能，该值也是越小越好。对图1的电路结构其负载调整才能和电压调整才能分别为：
其间gm为调整管的跨导;Aod为差错扩大器的开环差模增益;Rds为调整管源漏间的等效电阻;RL为负载电阻;R1、R2为取样电阻。由上式可见，减小ΔVO÷ΔIO和ΔVO÷ΔVI的要害是尽或许增大gm和Aod.
4、瞬态呼应
瞬态呼应是稳压器的动态特性，指负载电流阶跃改变引起输出电压的瞬态脉冲现象和输出电压康复安稳的时刻，与输出电容COUT和输出电容的等效串联电阻RESR,以及旁路电容Cb有关，最大瞬态电压脉冲值ΔVTR(MAX)为：
其间： IO(MAX)是指产生阶跃改变的最大负载电流;Δt1是稳压器闭环的呼应时刻，与稳压器闭环带宽(0dB频率点)有关。规划应用时需考虑下降稳压器的瞬态电压脉冲，即进步稳压器的带宽，增大输出和旁路%&&&&&%，下降其等效电阻。
5、输出精度
稳压器的输出精度是由多种要素的改变在输出端一起效果的表现，主要有输入电压改变引起的输出改变ΔVLR、负载改变引起的输出改变ΔVLDR、基准漂移引起的输出改变ΔVref、差错扩大器失调引起的输出改变ΔVamp、采样电阻阻值漂移引起的输出改变ΔVres、以及作业温度改变引起的输出改变ΔVTC,输出精度ACC由下式给出：
其间ΔVref、ΔVamp及ΔVres对ACC影响较大，故基准电压源、差错扩大器及采样电阻网络的拓扑结构在规划时需要点考虑。
电路规划及模仿成果
1、带隙基准电压源的规划
基准电压源是线性稳压器的中心模块，是影响稳压器精度的最主要要素。带隙基准电压源的作业原理是使用晶体管的VBE所具有的负温度系数与不同电流密度下两晶体管之间的ΔVBE所具有正温度系数的特性，乘以适宜的系数使二者彼此补偿，然后得到低温漂的输出电压。
电路完成如图2所示，有：
其间n为Q1、Q2的发射区面积比。HspICe模仿成果表明，当电源电压改变范围在2.5~6V之间时，常温下VREF = 1.254V,温度改变范围在-30~120℃之间时，温漂系数小于10×10-6/℃。
图2带隙基准源电路
2、差错扩大器的规划
差错扩大器将输出反应采样电压与基准电压进行差值信号比较扩大，输出后操控调整管的导通状况，坚持Vout安稳，其增益、带宽及输入失调电压等目标对稳压器的输出精度、负载和电压调整才能、瞬态呼应等特性有较大影响，电路完成如图3所示。经过HspICe模仿得到该差错扩大器在VCC1为4.2V时，其输入失调电压为0.05μV,直流增益为110dB,带宽到达10MHz.
图3差错扩大器电路
3、过流约束模块的规划
过流约束电路的规划思路是经过对调整管栅源电压进行采样，完成操控调整管的栅极电压，然后到达约束输出电流的意图，电路完成如图4所示。
图4过流约束电路
当负载电流由小增大时，VDrv随之下降，调整管MTG的ID随之增大，经过M20对调整管MTG的栅源电压进行采样，使得M31的栅极电压增大，这样M21的栅极电压随之下降，然后完成对VDrv的调整。经过Hspice模仿得到，当负载电流超越330mA时，M21将开端导通，然后使VDrv随之进步，使调整管MTG导通程度削弱，起到限流维护效果。
3.4过热维护模块的规划
过热维护电路的规划思路是使用对温度灵敏的元件来检测的片内温度的改变，当温度超越设定值时，维护电路动作，调整管被关断，以防其损坏，电路完成如图5所示。
图5过热维护电路
使用晶体管的VBE具有负温度系数的特性，将Q0作为测温元件，由M12、M13、M10、M5、和M4构成一比较器，M11、R1和R2组成分压电路。在低于温度设定值时规划VGM12 VGM13,比较器回转，VGM3变为高电平，TOUT的输出为低电平，然后完成关断调整管。本电路的温度维护设定值为160℃，Hspice的模仿成果如图6所示，图中×代表输出电压VOUT,⊙代表VGM12,Δ代表VGM13,负载电流为300mA.
图6输出电压随温度的改变( I0=300mA)
3.5全体电路模仿成果
本电路选用韩国现代公司0.6μm工艺模型，经过Hspice对全体电路及各要害模块进行了模仿优化，典型作业条件下模仿成果如表1,输出电压随输入电压及温度的改变如图6、图7所示，模仿成果充沛验证了规划的正确性。
图7输出电压随输入电压的改变( IO = 300mA)
4总结
本方案剖析评论了低压差线性稳压器的规划方案及作业特性，并给出了要害模块的电路规划图，HSP%&&&&&%E的模仿成果验证了电路具有杰出特性，该电路选用规范CMOS工艺完成，具有较高的实用价值。
