LDO之所以不好做，很大一部分原因是穩(wěn)定性的鍋。不同的架構(gòu)能影響穩(wěn)定性，負(fù)載的性質(zhì)和大小能影響穩(wěn)定性，功耗也能影響穩(wěn)定性，還有其他各種因素都能限制系統(tǒng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)...這家伙可真的是對(duì)內(nèi)唯唯諾諾，對(duì)外重拳出擊，一不小心就設(shè)計(jì)成OSC了。

1. 兩級(jí)miller補(bǔ)償

要分析穩(wěn)定性，各種補(bǔ)償方式和對(duì)應(yīng)的零極點(diǎn)分析是逃不過(guò)的一個(gè)難題。從上學(xué)開(kāi)始接觸最多的就是兩級(jí)的miller補(bǔ)償，主極點(diǎn)在第一級(jí)運(yùn)放的輸出，次級(jí)點(diǎn)在系統(tǒng)的輸出，但這也僅限于Cm和CL在同一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，如果CL>>Cm那么主極點(diǎn)將在系統(tǒng)輸出，次級(jí)點(diǎn)在第一級(jí)運(yùn)放的輸出。這時(shí)候用miller補(bǔ)償，Cm需要非常大。

所以?xún)杉?jí)miller補(bǔ)償好用，但是如果負(fù)載電容很大時(shí)這種補(bǔ)償方式很不實(shí)用。現(xiàn)在很多單片LDO包括有些大芯片內(nèi)部的PMU應(yīng)用時(shí)輸出外面都會(huì)掛一個(gè)uF級(jí)的大電容，這樣可以在輸出負(fù)載跳變時(shí)穩(wěn)定輸出電壓，也可以濾除噪聲。所以在設(shè)計(jì)LDO時(shí)都需要把外面的大電容考慮進(jìn)去。

LDO的穩(wěn)定性補(bǔ)償還需要考慮不同負(fù)載電流下的穩(wěn)定性。LDO多用于系統(tǒng)的供電源，所以需要在重載，輕載和空載下都要保持穩(wěn)定。但是LDO讓人頭疼的就是負(fù)載變化時(shí)，系統(tǒng)輸出處的極點(diǎn)也會(huì)隨之變化。比如還是兩級(jí)LDO，假設(shè)主極點(diǎn)p1在第一級(jí)輸出，次級(jí)點(diǎn)p2在系統(tǒng)輸出。p1=1/Ro1CmgmL*RoL，p2=gmL/CL。gmL是跟負(fù)載電流iload有關(guān)的量，如果iload減小gmL也會(huì)減小。對(duì)應(yīng)的p1和帶寬會(huì)增大，p2會(huì)減小，最壞會(huì)在帶內(nèi)形成雙級(jí)點(diǎn)影響穩(wěn)定性，所以一般都會(huì)做一個(gè)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)補(bǔ)償架構(gòu)來(lái)消除負(fù)載變化帶來(lái)的影響。

2. 三級(jí)級(jí)聯(lián)補(bǔ)償

下面的架構(gòu)是一種三級(jí)補(bǔ)償方式，這種可以不用miller補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。假設(shè)Co是uF級(jí)的負(fù)載電容。主極點(diǎn)Po在系統(tǒng)輸出，p1和p2分別為系統(tǒng)另外兩個(gè)次級(jí)點(diǎn)。增加一個(gè)零點(diǎn)來(lái)補(bǔ)償帶寬處的穩(wěn)定性。這種架構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，如果把p1和p2做到帶外那么系統(tǒng)為單極點(diǎn)的穩(wěn)定系統(tǒng)，且也不用考慮負(fù)載變化帶來(lái)的影響。但是系統(tǒng)帶寬不能太高，如果帶寬太高，p1和p2會(huì)很難設(shè)計(jì)到帶外去。太低的話瞬態(tài)效應(yīng)會(huì)不好。

3. Ahuja miller compensation

下面也是一種很經(jīng)典的補(bǔ)償架構(gòu)：ahuja miller compensation。這種補(bǔ)償方式將主極點(diǎn)往原點(diǎn)死推，Cc會(huì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)增益級(jí)，將Cc的等效容值倍增兩個(gè)增益級(jí)，主極點(diǎn)p1=1/Ro5Ccgmp*RL，次級(jí)點(diǎn)p2=gmp/CL，就算輸出外掛一個(gè)uF級(jí)的大電容，理論上也很容易實(shí)現(xiàn)單極點(diǎn)穩(wěn)定系統(tǒng)。但是在實(shí)際做時(shí)很容易在帶寬處出現(xiàn)共軛極點(diǎn)，導(dǎo)致穩(wěn)定性問(wèn)題。不知道有經(jīng)驗(yàn)的大佬對(duì)此有沒(méi)有具體的分析方法和解決思路可以在評(píng)論區(qū)分享一下，在此托馬斯回旋跪謝！

4.reverse nested miller compensation

下面的架構(gòu)是一種很好很實(shí)用的架構(gòu)，reverse nested miller compensation。跟ahuja的思路一樣，嵌套補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ彩亲屩髅芾昭a(bǔ)償電容Cc1經(jīng)過(guò)兩級(jí)增益級(jí)，以此來(lái)提高等效容值，把主極點(diǎn)p1往原點(diǎn)死推。P1=1/Cc1Av2Av3*Ro1; P2=1/Ro2*Co2; P3=gm3*Cc2/Cc1*CL。所以把p2和p3做到帶外就能形成單極點(diǎn)穩(wěn)定系統(tǒng)。這種架構(gòu)還需要設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)零點(diǎn)來(lái)補(bǔ)償?shù)糨p載和空載時(shí)帶寬處的相位裕度。

值得注意的是，因?yàn)閜3會(huì)隨著負(fù)載變化，所以在某個(gè)負(fù)載下很容易跟內(nèi)部的p2形成共軛極點(diǎn)。在根軌跡上當(dāng)兩個(gè)極點(diǎn)相遇，如果負(fù)載繼續(xù)變化，兩個(gè)極點(diǎn)會(huì)向原點(diǎn)移動(dòng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。