《硬件設(shè)計(jì)指南 從器件認(rèn)知到手機(jī)基帶設(shè)計(jì)》解析：1300字，NMOS LDO原理！

原文來自原創(chuàng)書籍：《硬件設(shè)計(jì)指南 從器件認(rèn)知到手機(jī)基帶設(shè)計(jì)》

1. NMOS LDO原理概括

圖2-16是一個(gè)NMOS LDO的基本框圖，在1.4節(jié)中已經(jīng)介紹了NMOS特點(diǎn)，在開關(guān)結(jié)構(gòu)電源中MOS是工作在開關(guān)狀態(tài)，在LDO電源中MOS工作在飽和區(qū)，注意：LDO一定是工作在飽和區(qū)（特殊情況會(huì)在可變電阻區(qū)），所以VG要大于VS，因此NMOS LDO除了有Vi引腳，一般還會(huì)有個(gè)Vbias引腳來給MOS的G極提供高壓驅(qū)動(dòng)源；或者只有一個(gè)Vi，而LDO內(nèi)部集成了CHARGE BUMP (電荷泵)來為G極提供高壓驅(qū)動(dòng)源。LDO大體工作流程如下：當(dāng)Vo下降時(shí)，反饋回路中的VFB也會(huì)下降，誤差放大器輸出端VG就會(huì)增加，隨著VG增加，MOS的電流IDS電流也增加，負(fù)載電流Io也會(huì)跟著增加，最終使得Vo又恢復(fù)到原始電平，總結(jié)狀態(tài)如下：

Vo↓——>VFB↓——>VG↑——Io↑——>Vo↑

圖2-16? NMOS LDO結(jié)構(gòu)框圖

2. NMOS LDO原理詳細(xì)分析

NMOS LDO詳細(xì)工作原理見圖2-17，圖中是NMOS的輸出特性曲線，讓我們結(jié)合圖2-16圖2-17分析。假設(shè)一開始LDO工作狀態(tài)在A點(diǎn)，當(dāng)負(fù)載電流突然增加時(shí)Vo下降，Vi不變，由于VDS=Vi-Vo，那么VDS就會(huì)增加，MOS工作點(diǎn)由A轉(zhuǎn)移到B；緊接著反饋回路開始工作，Vo減小，VFB電壓也跟著減小，經(jīng)過誤差放大器后，VG增加，由于VGS=VG-VS=VG-Vo，那么VGS也增加，從圖2-17可以看到，隨著VGS增加，MOS的電流IDS逐漸上升，進(jìn)而使得VO逐漸升高、VDS逐漸減小，MOS工作點(diǎn)由B轉(zhuǎn)移到C，LDO又回到原始工作電平，最終看到的現(xiàn)象就是VO的電壓先降低，而后由上升回原始電平，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的作用。

圖2-18為某LDO工作過程的實(shí)測波形，從波形可以看到當(dāng)負(fù)載電流突然增大時(shí)，LDO的輸出電壓被瞬間拉低，而后逐漸上升會(huì)原始的電平，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的作用。

圖2-17? NMOS LDO工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

圖2-18? 實(shí)際LDO工作波形

3. NMOS LDO仿真

下面我們對NMOS LDO進(jìn)行仿真，圖2-19是簡單的5V轉(zhuǎn)3V的NMOS LDO仿真原理圖，LDO的輸入電壓是5V；VBIAS偏置電壓是7V，用于產(chǎn)生內(nèi)部參考電壓，經(jīng)過330Ω的電阻限流后，使用穩(wěn)壓管穩(wěn)定在2.25V，供給誤差放大器。在輸出是3V的前提下，經(jīng)過反饋回路的分壓電阻R1(333Ω)R3(1KΩ)作用下，VFB反饋電壓是3*1000/(333+1000)=2.25V等于誤差放大器同向端電壓，當(dāng)輸出電壓變化時(shí)VFB也會(huì)變化，進(jìn)而使得誤差放大器輸出變化從而調(diào)節(jié)LDO的輸出。換句話說，我們可以通過匹配反饋電阻R1和R3來設(shè)置輸出電壓。根據(jù)探針2可以看到，LDO輸出直流電壓是3.01V。

圖2-19? NMOS LDO仿真原理圖

圖2-20是LDO輸出波形圖，淺色曲線是輸出電壓，當(dāng)負(fù)載電流從37mA增加到200mA (1mV=1mA)過程中，LDO的輸出電壓基本不變，實(shí)現(xiàn)了我們需要的穩(wěn)壓功能。

圖2-20? NMOS LDO輸出波形