标题:
浅谈低电压低静态电流LDO的电路设计
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作者:
520503
时间:
2013-8-24 21:20
标题:
浅谈低电压低静态电流LDO的电路设计
摘要：
设计一种低电压低静态电流的线性差稳压器。传统结构的LDO具有独立的带隙基准电压源和误差放大器，在提出一种创新结构的LDO，把带隙基准电压源和误差放大器合二为一，因而实现了低静态电流消耗的目的。设计采用CSMC0.5 μm 双阱CMOS工艺进行仿真模拟，这种结构LDO在轻负载情况下静态电流仅为1.7 μA，输出暂态电压最大变化为9 mV.
随着过去几十年里掌上智能终端快速发展，低压差的线性稳压器（Low Drop-out Regulator，LDO）因其具有低功耗、高的电源抑制比、体积小、电路设计简单等优点得到大量应用。LDO大部分时间工作在低负载应用，因此，其在低负载情况下的静态电流消耗决定着电池的寿命。当今的LDO发展趋势是低电压、低静态电流来延长电池使用寿命。然而，低静态电流会导致不稳定性，带来大的输出电压暂态变化，必须在静态电流和输出暂态特性进行合理的折中。相比于传统LDO采用分立结构的带隙基准电压源和误差放大器，本文给出一种创新结构的LDO，将带隙基准电压源和误差放大器两个模块合二为一，因此更容易实现低静态电流消耗，低暂态电压变化。
1 LDO电路分析
图1给出精简结构的LDO，仅仅包括4条主要的电流支路，分别是：增益级、缓冲级和2个PTAT电流源。
相比传统结构LDO，精简结构将带隙基准电压源和误差放大器合二为一，因此在其他性能不变情况下，可将电路静态电流消耗减小到原来1 2 左右。
这个电路存在两个缺点：输出电压为带隙基准电压不可调；需要使用NPN晶体管，而标准CMOS工艺中并不存在NPN晶体管。由于如今的SoC趋向工作在低电压环境，因此这种结构能够有充足的应用场合。第二个问题在单片设计时候，采用双阱CMOS工艺，只需增加一道掩膜工艺，费用增加不多，因此两个问题实际应用并不明显。
1.1 带隙基准电压分析
三极管基射级电压和热力学电压分别具有负、正温度系数，因此带隙基准电压的原理是叠加三极管基射级电压和热力学温度电压，达到在室温下的零温度系数。
在精简LDO结构中，晶体管Q3和电阻R2定义带隙基准电压，流过R2为PTAT电流。通过镜像流过晶体管Q1电流。晶体管Q3偏置到集电极电流。因此，在环路中，晶体管Q1和Q3将调整到相同的基射级电压值。尤其环路比较高的情况下，这种调整是相当精确的。因此，通过合理设计电阻R2和R3，晶体管Q1，Q2和Q3有相同的集电极电流。因此：
式中：IS 是三极管饱和电流；β2 是晶体管Q2的电流增益；n 是晶体管Q2和Q1射级面积比。通过式（1）可以得到PTAT电流：
因此通过晶体管Q3的基射级电压和R2电压叠加即可得到输出电压值：
调整电阻比值，使VT 系数
值为17.2，即可得到温度系数为零的带隙基准电压。
1.2 LDO频率分析
精简结构LDO中包含三个低频极点，分别处在增益级的输出，缓冲级的输出和LDO的输出节点，分别如下：
式中：ro1 和C1 分别是增益级输出电阻和负载电容；ro2是缓冲级输出电阻；Cpar 是功率管寄身电容；rop 是LDO输出级的等效电阻；CL 为输出负载补偿电容。为了保证LDO有个良好的输出暂态特性，CL 取值一般很大，因此极点p3 为LDO环路的主极点。晶体管Q3集电极电流偏置为PTAT电流，因此增益级的输出阻抗随输出负载电流和输入电压变化不大，同时增益级的负载电容主要由缓冲级输入电容决定，所以极点p1 位置相对稳定，故可以采用一个左半平面的零点补偿。类似如传统LDO，本文采用一个电阻resr 与输出补偿电容串联方式，获得一个左半平面零点：
基于上述分析，精简结构LDO的开环传输函数为：
式中
.其中：gmQ2 ，gmQ3 和gmp 分别代表晶体管Q2，Q3和功率管的跨导；Rπ 3 是晶体管Q3的输入电阻。当p1 和z1 匹配比较精确，LDO环路只有两个低频极点p2 和p3 。因此，为了获得60°的相位裕度，必须：
作者:
丹青
时间:
2013-8-25 14:10
标题:
导电滑环在军工商场的使用
本帖最后由 丹青 于 2013-8-25 14:12 编辑
导滑环
是一种高精细的机械零部件，因为内部资料贵重以及需求的精度高，细小电压信号动摇率需求低，因而在通常的民用商场里边若是使用了滑环这个部件，那么整台设备的造价就水涨船高了，对商场出售以及客户的接受能力也是一个检测和应战，这也是为何民用商场没有军工商场使用广泛的缘由之一。一个国家的军事实力是国家工业化程度的凹凸的表现，也是一个国家科技技能实力的表现，军事实力，说到底，即是军事装备，设备的先进化程度，安稳性系数以及实用化水平的归纳表现，因而关于高标准高需求的军工范畴。
军工机械的使用规模大而广，对质量的需求史无前例，对导电滑环制作范畴的技能也需求越来越高，将来军工机械的开展更趋向于自动化，自动化军工机械人可能在不久的将来出现在将来的战场，而自动化军工机械人的一切活动旋转关节，都必须依托滑环来处理，关键部位的灵敏和安稳，是获得战场自动的直接要素，这就需求滑环的制作技能进一步进步和加强，高品质滑环在军工范畴，军工机械范畴的使用远景十分广泛!导电滑环在军工商场中的比例以及在中国高铁中的位置都适当的重要，和其他机械零部件比起来，导电滑环技能不只有CNC的精细加工技能，还有通讯信号的技能根底在里边。
对商品功能的界定除了精度，精细度，硬度，以及其他机械商品的共性以外，对导电滑环还有一个通讯信道的剖析，信号之间的相互影响，绝缘阻抗剖析等。
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值为17.2，即可得到温度系数为零的带隙基准电压。
.其中：gmQ2 ，gmQ3 和gmp 分别代表晶体管Q2，Q3和功率管的跨导；Rπ 3 是晶体管Q3的输入电阻。当p1 和z1 匹配比较精确，LDO环路只有两个低频极点p2 和p3 。因此，为了获得60°的相位裕度，必须：