电源管理芯片LDO(Low Dropout Regulator)分析1

随着便携式的电子产品种类数量逐渐变多，一款好的电源管理芯片往往会给电子产品带来给优质的性能，在电源管理芯片中，LDO起到一个很重要的作用，我在进入模拟IC到现在以来，一直在进行LDO的学习和研究，那么LDO的工作原理是什么呢，LDO的分类，还有LDO的各种性能又是怎么样的，有关LDO的博客会和CMOS放大器的博客一起更新，那么接下来的博客我就从我学习的角度去谈谈我对LDO的了解吧！
本博客就先讲讲LDO的原理
话不多说，先给出LDO的结构电路图：

这是一个最简单的LDO的电路结构图，如图，我们可以看出本质上LDO就是一个带有反馈的放大器
构成：
如图所示电路由误差放大器(EA：EROR Amplifier),一个功率PMOS管，还有由电阻RF1,RF2构成的反馈网络构成，图中的VREF为由Bandgap(基准源)产生的参考电压
特点及原理：
特点一：LDO，全称是Low Dropout Voltage Regulator，其第一个特点就在于能够在不同负载的情况下适应不同的负载产生匹配负载的电流，而这一特点的实现，有益于反馈的引入，具体思路分为两种：
@1：当电路中的负载有高负载转为低负载时，此时输入误差放大器EA反向输入端的电压减少，此时和同向输入端稳定的基准电压相比，两者的电压差便会增大，因此，此时由误差放大器产生的电压便会提高，该输出电压输入PMOS功率管栅极的电压便会增大，此时，对PMOS管而言，栅极电压提高会导致Vsg减少，进而导致PMOS产生的电流减少，因此便会适应了低负载的所需电流
@2：当电路中的负载有低负载转为高负载时，此时输入误差放大器EA反向输入端的电压增大，此时和同向输入端稳定的基准电压相比，两者的电压差便会减少，因此，此时由误差放大器产生的电压便会降低，该输出电压输入PMOS功率管栅极的电压便会减少，此时，对PMOS管而言，栅极电压降低会导致Vsg增大，进而导致PMOS产生的电流提高，因此便会适应了低负载的所需电流

特点二：对于LDO而言，其另外一特点就在于其具有稳定的输出电压，主要是因为：
假设电路中的管子工作在正常的状态下，此时带有反馈的放大器便会起到钳位的作用，那么根据模电中学到的虚短虚断，那么得到RF2两端的电压就等于反向输入端的电压就等于同向输入端的基准电压，因此，此时输出电压便可以表达:
output Voltage = VREF*(RF1+RF2)/RF2
显然如果电阻为稳定的电阻，同时由基准源产生的基准电压是保持稳定不变的，此时得到的输出电压就不会发生变化，因此，此时得到的便为稳定的输出电压

在分析了LDO的基本特点和原理后，就有了一个大致的理解，那么接下来，就给大家说一下衡量LDO的性能的几个主要指标：
1.增益：一个LDO，假设EA为二级运放，那么EA加上一个由PMOS功率管构成的共源级便是LDO的基本构成，那么毫无疑问，一个好的LDO便具有不低的增益，那么高增益又有什么缺点和优点呢？先来说说优点吧，高的环路增益会给LDO带来优良的负载调整率（Load Regulation）和好的线性调整率（Line Regulation），同时高的环路增益又可以给整个线路带来好的低频PSRR。具体的分析将在下一篇博客给出。
2.带宽：不同于增益，带宽是和增益呈现负相关的关系的一个因素，但是，好的带宽是至关重要的，好的带宽可以改善LDO的瞬态响应时间，同时，还可以维持低频PSRR的作用范围，因此，高带宽是需要的，但是由于和增益呈现反比，因此，在设计电路是需要做一个合适的折中
3.稳定性：LDO的稳定是任何其他因素的前提，失去稳定性的LDO下，任何其他的讨论是毫无意义的，因此，如何得到高稳定性的LDO也是对LDO的重要研究内容，稳定性主要用相位裕度来衡量。
除此之外，还有功耗，瞬态，电源电压纹波抑制，静态电流等等都是LDO的性能体现，具体的内容和有关cadence的仿真方法会在后面具体给出。
那么在下一篇博客中，我会对LDO的分类以及不同种类LDO的频率响应进行更加深入的分析。
文章可能存在分析上的不准确，希望觉得文章有问题的小伙伴可以提出来一起讨论。

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