402標(biāo)志碼：八電源管理是當(dāng)前一個(gè)非常熱點(diǎn)的研究課題，特別是在手持設(shè)備中，電源管理對(duì)電源利用的效率有著至關(guān)重要的作用。在電源管理系統(tǒng)中，低壓降線性穩(wěn)壓（lowdrop-out，LDO）電路是其不可或缺的關(guān)鍵模塊。

　　在穩(wěn)定輸出電壓的同時(shí)，線性穩(wěn)壓電路通過抑制電源紋波提高核心電路對(duì)外部電源的抗干擾能力。在射頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字電路中時(shí)鐘的饋通將導(dǎo)致電源電壓波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)射頻電路如壓控振蕩電路（voltagecontrolledoscillator，VCO）產(chǎn)生頻率推移（frequencypushing）作用，使其輸出頻率發(fā)生抖動(dòng)，從而影響到接收機(jī)的整體性能。所以，提高電源紋波抑制率（powersupplyripplereection，PSRR）從而降低電源紋波分量是LDO設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是解決核心電路模塊通過電源線相互串?dāng)_的個(gè)重要方法。

　　提高輸入電源紋波的抑制能力的方法有多種，如采用預(yù)穩(wěn)壓的方法，對(duì)電源電壓進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，從而得到比較穩(wěn)定的局部電源電壓，然后再通過LDO進(jìn)一步的穩(wěn)壓，從而提高電源紋波抑制率。然而，這種方法需要消耗額外的電壓裕度，而且為了降低電壓裕度損失，需要采用其他輔助電路，從而增大了芯片的面積和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。又如采用前饋放大器和求和運(yùn)算放大器，在誤差放大器的輸出端引入與電源相同的紋波，從而在傳輸晶體管中抵消掉紋波的影響。然而，這種方法需要增加額外的電路，此外，因?yàn)椴迦腚娐芳?jí)數(shù)增加，需要進(jìn)行額外的電路補(bǔ)償，增大了芯片尺寸和電路設(shè)計(jì)的難度。在實(shí)際應(yīng)用中，般均在輸入端接入大的電解電容形成低通濾波結(jié)構(gòu)，以濾除高頻電源紋波的影響，且電源紋波一般為低頻率的紋波波動(dòng)，如市電轉(zhuǎn)換為直流后殘余的紋波電壓。因而提高低頻段LDO的PSRR是當(dāng)前電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。而LDO的低頻電源抑制率主要受電壓基準(zhǔn)（bandgapreferencevoltage，BGR）波動(dòng)的影響。

　　本文提出二極管連接負(fù)載形式的跨導(dǎo)運(yùn)算放大器（operationaltransconductanceamplifierwithdiodeconnectedloading，DCL-OTA）和自給偏置電路的方法，來提高LDO的電源抑制率。使用DCL-OTA將電源紋波引入誤差放大器的輸出端，通過抵消PMOS電流鏡G-S間的紋波來提高bandgap的PSRR；采用自給偏置，省去了誤差放大器中偏置電路的設(shè)計(jì)，同時(shí)避免電源紋波通過bandgap中的電壓比較器影響LDO的PSRR.上述設(shè)計(jì)方法在TSMC 0.13pmCMOS工藝下進(jìn)行了流片驗(yàn)證。

　　1LDO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.1LDO的基本結(jié)構(gòu)LDO主要由電壓、誤差放大器、傳輸晶體管和采樣電路所組成，如所示。采樣電路將輸出電基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61176029）壓按比例反饋給誤差放大器，誤差放大器將反饋電壓與電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓來調(diào)節(jié)傳輸晶體管，使其在提供足夠電流的同時(shí)穩(wěn)定輸出電壓。電壓般采用帶隙基準(zhǔn)電壓電路結(jié)構(gòu)以減小電壓的溫漂。所以LDO的設(shè)計(jì)，實(shí)際上是一個(gè)電壓反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)。

　　LDO基本結(jié)構(gòu)在電路設(shè)計(jì)中，需要考慮兩個(gè)問題：1）輸入電壓的波動(dòng)；2）輸出負(fù)載的變化。對(duì)于前者，LDO應(yīng)具有足夠的電源紋波抑制率；對(duì)于后者，LDO應(yīng)具有一定范圍可調(diào)等效內(nèi)阻，從而為輸出提供足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力。

　　1.2LDO的電源抑制率分析LDO對(duì)電源紋波的抑制能力指標(biāo)用電源紋波抑制率（PSRR）來表征，其定義為：輸出紋波電壓與輸入電源紋波電壓的比值，一般采用對(duì)數(shù)形式，如（1）式所示。

　　其中，7為LDO輸出端的紋波電壓，Vdd為LDO輸入端的電源紋波電壓。

　　LDO的帶負(fù)載系統(tǒng)模型Fig.所示的LIX）基本結(jié)構(gòu)中，其誤差放大器一般采用二級(jí)OTA結(jié)構(gòu)，傳輸晶體管采用共源放大的PMOS管以減小輸入-輸出之間的直流壓降，采樣電路采用電阻分壓式將輸出電壓按比例反饋至誤差放大器。將影響LDO的主要寄生參數(shù)進(jìn)行提取和集總化，得到LDO等效模型，如所示。其中，Cpail和Cp2分別為誤差放大器第1、級(jí)的等效電容，Cpass為片外小電容，CLd為片外電解電容，Resr為其等效串聯(lián)電阻，Rlod為負(fù)載等效輸入電阻。

　　1）電源紋波，dd導(dǎo)致的bandgap輸出端紋波為，則由，rf引起的輸出端紋波，。ugr：由于電解電容Cuad決定了整個(gè)LDO環(huán)路的主極點(diǎn)。所以低頻分析時(shí)，忽略其他參數(shù)的影響，分別考慮電源紋波導(dǎo)致的各模塊在輸出端的紋波，有如下3種情況，o 3）電源紋波Vdd通過傳輸晶體管引起的輸出端紋波，。ut 2）電源紋波Vdd導(dǎo)致的誤差放大器輸出端紋波Vea，則由Vea引起的輸出端紋波Vouu