【正文】 eedback Network),PMOS調(diào)整管 (Pass Element),及片外電容 (Offchip capacitor)組成；并由此分析了 LDO 的工作原理；在此基礎上引出 LDO 的核心組成部分 —— 誤差放大器，以方便下文對誤差放大器的分析與研究。另外，減小寄生電容的方法是減小寬長積，而匹配性能會變差，較為有效的方法是在版圖布局的時候 MOS 管盡量采用叉指 狀的方式來減小寄生電容的存在。 現(xiàn)代 CMOS 工藝所制作的器件，溝道長度調(diào)制非常明顯，一般還不能忽 略其作用。其電壓增益為： ,( / / )v m N d s M N d s M PA g r r?? （ 310） 根據(jù)米勒效應，輸入電容表示為： , , , ,(1 ( / / ) )i n G S M N m N d s M N d s M P G D M NC C g r r C? ? ? （ 311） 輸出電容為： , , , , 2o u t G D M N G D M P D B M P D B M N LC C C C C C? ? ? ? ? （ 312） 為了獲得高的增益，本設計選擇圖（ b）電路。 圖 33 輸出級電路 其輸出擺幅理論上可以達到全擺幅 ,即在電源電壓 VDD 范圍內(nèi)。本節(jié)將著重分析三級放大器的頻率補償。這就涉及到了“增益裕度（ GM）”、“相位裕度（ PM）”，以及“增益交點”、“相位交點”，在實際放大器設計中 060PM? 認為是最合適的值，圖 35 為穩(wěn)定系統(tǒng)和不穩(wěn)定系統(tǒng) [3]增益和相位圖。 三級誤差放大器補償方法介紹 上世紀 90 年代 Johan 提出了 NMC 補償結構，自此，單級放大器的補償方式不斷進步，以增強放大器系統(tǒng)的穩(wěn)定性、減小版圖面積。文獻 [8,13]指出如果不滿足此前提條件，那么相位裕度是達不到 600的。 SMC（單密勒補償） 圖 37 為 SMC 拓撲結構 [10,11,26]，相對于 NMC 來說， SMC 僅用一個電容就可以獲得較高的帶寬。 傳輸函數(shù)為： ()22 2 2222223 2 222 2 22222222()()()( 1 )( 1 ) ( 1 )( 1 )( 1 )ov SM Cinp m f m o mPdcm m L m m LpLLodB m m L m m Lp m f m o mPm m L m m LpLLom m L m m LVsAsVsC g C g CCA s sg g g gCCCgsssp g g g gC g C g CCssg g g gCCCgsssG B W g g g g??????? ? ??????? （ 326） 從傳輸函數(shù)中可以看出，放大器具有兩個非主極點和兩個零點。 對于較大的負載電容，放大器的穩(wěn)定性可通過極點分裂法進行分析 [12]。因此有助于降低功耗的條件 1mL mgg并不要求一定要滿足。 SMC 電路中轉換速率的提高是由于補償電容的減小，建立時間的提升需要增大相位裕度，為了提高相位裕度下面將會介紹一種引入前饋級的三級放大電路。 SMC 的假設條件同樣適用于此，傳輸函數(shù)為： ()12 2 21 2 22223 2 2()()()( 1 )( 1 ) ( 1 )ov S M Cinm m f m o mPdcm m m m LpLLod B m m L m m LVsAsVsC g C g CCA s sg g g gCCCgsssp g g g g??????? ? ? （ 340） 放大器直流增益為： 12() 12(0 ) m m m Lv S M C d c o o Lg g gAA g g g?? （ 341） 放大器主極點頻率為： 123 2o o LdB m mL mg g gp g g C? ? （ 342 因此，增益帶寬積為： 31 /d c d B m mG B W A p g C??? （ 343） 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 在穩(wěn)定性分析中可忽略右半平面零點，閉環(huán)傳輸函數(shù)為： 112()12 2021 2 1 2 21()1 ( ) ( 1 )m f mmmc l S M F F Cm f m p LmLm m m m m L m m LgCsggAsg C C CsC C gs s sg g g g g g g??? ? ? ? （ 344） RouthHurwitz 穩(wěn)定性標準的條件為： 212 1 21()1/omp m m f mggC C g g? ? （ 345） 對于較大的負載電容，放大器的穩(wěn)定性分析通過極點分裂法。繼而，可提高放大器的重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 轉換速率。本章主要是對第四章整體電路結構的設計做鋪墊。 第三增益級由 13M 構成 ， 14M 為前饋級 。 設 9 12 35MMI I uA?? 則 67 ( 1 2 )9 ( 1 2 ) 112 283 5 1 0 3 . 8( / ) 2 5 . 5 43 . 4 5 1 0 0 . 60 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MMp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 設前饋級電流 1 10mfI uA? 則 10 11 45MMI I uA?? 61 0 ( 1 1 )1 0 ( 1 1 ) 112 2284 5 1 0 3 . 7( / ) 1 8 . 3 33 . 4 5 1 0 0 . 64 . 0 4 2 5 7 1 0 0 . 1 51 . 2 8 1 0MMn o x o nIWLu C V????? ??? ? ? ? ? ??? ??? ? ?? 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 31 第三級運放參數(shù)的計算 設 14 13 50MMI I uA?? 則 61414 112 285 0 1 0 4 . 3 7( / ) 3 6 . 4 53 . 4 5 1 0 0 . 60 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MMp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 61313 112 2285 0 1 0 3 . 4( / ) 2 0 . 4 33 . 4 5 1 0 0 . 5 0 24 . 0 4 2 5 7 1 0 0 . 1 51 . 2 8 1 0MMn o x o nIWLu C V????? ??? ? ? ? ? ??? ??? ? ?? 前饋級運放參數(shù)的計算 由之前假設前饋級電流 1210mf mfI I uA??可得： 61 ( 2 )1 ( 2 ) 112 281 0 1 0 4 . 0 4( / ) 7 . 2 8 1 03 . 4 5 1 0 5 . 5 50 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MfMfp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 3 1 2 20M b m f m fI I I u A? ? ? 633 112 282 0 1 0 3 . 0 6( / ) 1 4 . 5 6 53 . 4 5 1 0 1 . 0 50 . 0 2 1 9 5 0 . 1 51 . 2 4 1 0MbMbp o x o nIWLu C V???? ??? ? ? ? ? ??? ????? 第 二 節(jié) 電路仿真 參數(shù)仿真 經(jīng)過仿真驗證、參數(shù)調(diào)整，各管子的參數(shù)變化情況如下 [21] MOS 管 手算結構 仿真調(diào)整 后結果 Mb1 ? ?4 ? ? ?2 ? Mb2 ? ?8 /? ? ?8 /? 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 32 M1 ? ?2 ? ? ?8 ? M2 ? ?2 ? ? ?8 ? M3 ? ?2 ? ? ?6 /? M4 ? ?2 ? ? ?6 /? M5 ? ?2 ? ? ?2 /? M6 ? ?2 ? ? ?2 /? M7 ? ?4 /? ? ?6 /? M8 ? ?4 /? ? ?6 /? M9 ? ?4 ? ? ?6 ? M10 ? ?3 ? ? ?2 6/? M11 ? ?3 ? ? ?2 6/? M12 ? ?4 ? ? ?6 ? M13 ? ?3 / ? ? ?2 7/ ? M14 ? ?5 / ? ? ?5 10/? Mb3 ? ?5 /? ? ?9 /? Mf1 ? ?10 / ? ? ?6 / ? Mf2 ? ?10 / ? ? ?6 / ? 參數(shù)經(jīng)過調(diào)整后各級跨導分別為 1 /mg uA V? ， 2 38 2. 9 /mg uA V? ，50 0. 6 /mLg uA V? 。 圖（ 321） SFMMC 三級誤差放大器 f3dB、相位裕度和單位增益帶寬 SR（ Slew Rate） and Settling Time 仿真 轉換速率和建立時間電路 圖如下所示： 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 34 圖 43 SFMM。 增益、帶寬仿真 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 33 對電路進行 AC 掃描，三級放大器增益和相角隨頻率變化如下圖所示： 圖（ 42） SFMMC三級誤差放大器增益相角與頻率關系圖 上圖即為三級誤差放大器增益、相角與頻率關系圖，由圖可知放大器低頻增益為 。 第一級運放參數(shù)的計算 假設 4cC pF? ，則 3 4 1 2s s cI S R C u A? ? ? ? ?；為留有一定裕度設 16ssI uA? 。具體電路 圖如下所示： 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 圖 41 放大器電路圖 如圖所示，在 SFMMC 中， 18~MM構成一級運放， 12,ffMM構成前饋跨導級。首先分析了電路的內(nèi)部基本結構，分別對輸入級、中間級、輸出級進行分析和設計。因 SFMMC 與 SMC傳輸函數(shù)中分母相同，因此 SFMMC 非主極點與 SMC一致。前饋通路增加了第二級的輸出電流，輸出電導也隨著增加，推動第二級輸出端極點向高頻處運動。 相位裕度為： 1111 2 31 8 0 t a n ( ) t a n ( ) t a n ( )G B W G B W G B WPM p p p???? ? ? ? （ 339） 對于比較穩(wěn)定條件的1()GBWp ，2()GBWp ，3()GBWp ， PM為 500。 如 果22 2 2 2( ( ) / ( ) ) 4 ( / )o p m m L p Lg C g g C C， 則復極點和頻率峰均可避免。由于零點位于高頻處，所以可以忽略其作用。第二個非主極點（ p2）與第二級放大器有關，且決定了放大器的穩(wěn)定性。因此，為了增大增益帶寬積電路需要小的補償電容和較大的 gmL，并且較大的 gmL決定了 NMC 三級放的穩(wěn)定性 [9]，這些都不符合 LDO 低壓低功耗的要求，尤其是驅動較大負載的時候。 重慶郵電大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 211 2 24( 1 1 )2 m m m LL H Pm m mG C GZ C C G? ? ? ? （ 324） 211 2 24( 1 1 )2 m m m LR H Pm m mG C GZ C C G? ? ? ? （ 325） 按上面的設計，相位裕度可在 600（ 600以下，可能會產(chǎn)生振蕩 [3]）左右。因此，放大器通常需要對頻率進行“補償”，即放大器開環(huán)