一文详解LDO

LDO（low dropout regulator），低压差线性调整器是一种用于调节较高电压输入产生的输出电压的简单方法。在大多数情况下，低压差线性调整器都易于设计和使用。     

如下图所示，是典型的PMOS架构的LDO，为调节所需的输出电压，反馈回路将控制漏-源电阻RDS。随着VIN（Power Supply）逐渐接近VOUT，误差放大器将驱动栅-源极电压VGS负向增大，以减小RDS，从而保持稳压。

 

但是，在特定的点，误差放大器输出将在接地端达到饱和状态，无法驱动VGS进一步负向增大。

如下图所示，VIN（Power Supply）电压从3.3V到5V进行跳变，可以明显看到VOUT有一个非常大的过冲（接近5V），这是我们典型的在工业应用领域LDO对于输入瞬态响应的能力的体现。
 

 

对于输入是3.3V的时候，这个时候设定的输出电压通过R1和R2两个分压电阻以及REF=1V，VOUT设定的电压值在3.3V，此时PMOS处于饱和状态（VGS=-2V），该状态也可以称之为直通状态，此时输入电压瞬态变化到5V，这个时候误差放大器的输出会升高，从而让PMOS的栅极电压抬升，让PMOS从饱和区进入非线性电阻区，即PMOS的VDS电压承担1.7V的压降，并使得输出电压稳在设定的3.3V。    

从以上这个输入瞬变的过程来看，误差放大器的环路特性直接决定了LDO对输入瞬变的响应能力。

 

以上是误差放大器的基本参数，Aol=100k（主极点=5Hz，第二极点=10MHz），我们变更误差放大器的参数到Aol=500k。

 

如下图所示，对于Aol=500k的输出电压响应时间从1.3us（Aol=100k）下降到400ns（Aol=500k），响应能力有了显著的提升。

 

如下，我们设置误差放大器的Aol从100k到900k，可以看到整个PMOS结构的LDO对输入瞬态的响应时间随着误差放大器的Aol的增大而逐渐减小。