适用于片内集成的可修调低失调LDO

杨诗洋，陈 岚，陈巍巍，陈 丽，龙 爽，吕志强

（中国科学院微电子研究所北京 100029）

LDO线性稳压器能够通过反馈调节来保证输出电压的稳定性和高精度，适于集成在片内电源管理系统中[1-2]。由于工艺偏差和基准源误差，LDO的输出电压往往偏离预设值，一般通过修调电路将输出电压调节到预设值附近。然而由于修调电路自身存在非理想因素，在反馈环路中引入了失调，从而造成修调精度的损失。

文中针对修调电路引入失调的问题提出了一种降低修调电路失调影响的解决办法，在修调电路（Trim）和分压网络之间插入失调隔离模块（Offset isolation），以此来减小修调电路的失调影响。电路的仿真结果表明，由于修调电路失调给输出电压带来的影响得到有效抑制，提高了输出电压调节线性度。

1 电路结构与工作原理

LDO稳态时有：

Isb为LDO稳态时分压网络的电流。

图1为文中电路结构，该LDO主要由误差放大器、电压调整管、修调电路、失调隔离模块和分压网络组成[3]。其中，V ref表示输入基准电压，PMOS调整管提供稳定输出电压V out[4]。

修调电路通过控制修调网络电阻压降来调节输出电压的精度[5]。图2为修调电路原理示意图。

经过修调的输出电压表示为：

图1 带修调失调隔离的LDO结构图Fig.1 LDOarchitecture with offset isolation

图2 修调电路原理示意图Fig.2 Prototype of trimming circuit

Itrim为可设定的修调电流，Vout为进行修调前LDO的输出电压。实际情况下，修调电路中的MP0、MN0管镜像得到电流值并不一致，而是存在误差[6-7]，设流过MP0管的电流为IP，MN0管为In，由此产生失调电流Ios=|IP-In|。失调电流作用在分压网络上，对输出电压造成影响，造成修调精度的损失。

若Ios直接作用在分压网络上，产生失调电压，对输出电压的影响表示为：

输出电压变化率为：

为减小上述失调电流对输出电压的影响，本文提出一种失调隔离电路，插入在反馈环路中以隔离修调模块的影响。

失调隔离电路采用如图3所示结构。失调隔离电路主要由采样管（V-I转换），电流镜，负载管（I-V转换）组成。它的主要功能是采样分压网络电压（VE=VC），分隔修调模块和分压网络，采用的隔离原理为MN2能吸收失调电流，避免失调电流直接影响分压网络。

图3 失调隔离电路Fig.3 Offset isolation circuit

稳态时，流经MN2的电流为：

Ios作用在MN2管上，引起VGS的变化：

2 仿真结果

在1.2V电源电压下，对输出电压变化率进行仿真分析。表1给出了不同失调程度下，失调电流对输出电压的影响（无失调时的输出电压为802.3 mV）。

表1 不同失调电流对输出电压的影响Tab.1 Output voltage deviations versus offset currents at different level

图4对比了加入失调隔离和未加入失调隔离对输出电压变化的影响，可见失调隔离模块对电流失调带来的影响有很强的抑制作用。

图4 失调隔离对输出电压变化的影响对比Fig.4 Output deviation with and without offset isolation

通过抑制失调，修调电路对LDO输出电压的调节体现出较理想的线性度，如图5所示。

图5 输出电压修调范围Fig.5 Output voltage trimming range

3 结 论

文中设计了一款适用于片内集成的可修调低失调的LDO线性稳压器。通过对修调电路采取失调隔离，抑制了修调精度损失，提高了修调范围内的调节线性度。仿真结果表明，修调电路发生10%的电流失调时，输出电压仅变化0.31%，失调隔离大大抑制了修调电路失调带来的影响。

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