极点跟随的LDO稳压器频率补偿方法的研究

　　传统LDO稳压器的频率补偿方法，如图1所示，利用了输出端电容Co及其等效串联电阻Resr，产生一个左半平面(LHP)零点Z1：

　　若Resr的取值使Z1与P1足够接近，并相互抵消，则在LDO稳压器的通带内只有一个极点P2，环路相移不会超过-180°。但是，Resr会增加Vo在瞬态过程中的变化幅度，降低对Vin中噪声的抑制，且对Resr取值的要求，限制了Co可选择的类型，增大了使用难度和系统成本。此外，Resr的值还受到环境温度、电压和频率的影响，所以频率稳定性不能得到可靠的保障。

　　由于以上原因，当前的LDO稳压器，多采用内部频率补偿。一类内部频率补偿技术借鉴了传统LDO稳压器的零、极点抵消方法，并利用前馈技术，或芯片内部的RC网络和电压控制电流源，产生所需的零点。但是，要做到芯片内产生的零点与相应极点的完全匹配，是非常困难的。而未能相互抵消的零点和极点，会成为LDO稳压器通带内的零、极点对(doublet)，造成Vo建立时间的增加。另一类广泛使用的内部频率补偿为米勒频率补偿。米勒补偿具有极点分离的特性，即通过跨接在Mpass栅极和漏极的米勒电容Cm，将P1推向低频，P2推向高频。米勒补偿后，P1与P2由式(2)、式(3)变为：

　　其中，gm为Mpass的跨导。

　　由式(5)，欲使P1远小于P2，则Cm会很大，电路内部对其充放电的过程造成Vo的压摆时间tsr变长。因Co很大，由式(6)，P2处于低频，限制了增益带宽GBW。米勒补偿对tsr和GBW的影响，直接增大了LDO稳压器的环路延时td(参看式(7))。虽然通过嵌套的米勒频率补偿方法或电容倍增电路，能够减小Cm，但未能根除Cm对LDO稳压器芯片的集成度的影响。

　　针对以上问题，下节将给出一种能够保证LDO稳压器的高速，且无需芯片上频率补偿电容的新型频率补偿方法。

　　3 极点跟随频率补偿

　　LDO稳压器空载时，由式(3)，P2为0 Hz(实际上，此时，λ和IDMpass为Mpass的沟道调制系数和漏极电流)，P1只需大于0 Hz，P1与P2的间距(P1／P2)就足以保证频率稳定性。随着输出电流的增大，P2向高频移动，如果P1能够跟随P2的变化，则P1与P2的间距得到维持。极点跟随的频率补偿，即是当输出电流变化时，通过使P1跟随P2的变化，获得频率稳定性的方法。

　　一种使P1跟随P2变化的电路实现，可利用共集电极和共漏极电压缓冲器的输出电阻，分别与偏置电流和偏置电流的开方成反比的规律，根据输出电流来动态地调整电压缓冲器的偏置电流，使P1也受输出电流控制。

　　一个采用了极点跟随频率补偿的LDO稳压器，如图2所示。其中，完成频率补偿的动态偏置电压缓冲器，包括了由MOS晶体管MP3，MN4和运算放大器OPA组成的输出电流监测电路，由MN1～MN3和MP1～MP2组成的电流镜电路，以及由电流源IB2，IB3和双极晶体管Q3～Q6组成的电压缓冲器。