基于高溫工藝的低壓差線性穩壓器設計分析

楊博

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州 510700）

0.引言

隨著經濟的發展，我國人民群眾的生活水平也得到了較為明顯的提升。在日常生活中使用到了越來越多的電子設備。在這樣的背景下，為了提升這些設備的使用功能與作用，就要對其續航能力進行有效地提升與改進。電子產品的未來發展，主要趨向于體積小、性能高的趨勢，因此為了滿足這樣的設計需求，就要進行穩定電源的設計。

1.低壓差線性穩壓器結構

圖1為低壓差線穩壓器的結構圖。如圖1所示，在構成低壓差線性穩壓器時，其芯片基本上都是由模塊構成，并涉及到諸多的模塊類型。分別為過壓保護、功率管、分壓電阻、過溫保護、過流保護以及誤差放大等多方面的模塊設計。在這樣的設計中，可以針對芯片實現較為可靠的輔助能力，同時還能在運行中輔助模塊，基于實際的電路設計需求，進行各項決定[1]。

圖1 低壓差線性穩壓器的結構圖

2.基于高溫工藝下的低壓差線性穩壓器

2.1 高溫電路的設計標準

MOS晶體管是在晶體管柵的電壓工作中，基于某些特定的零溫度系統之下所出現的晶體管的漏源電流，并不會溫度的變化而出現變化[2]。

圖2為MOS管的結構圖。其結構處于高溫的結構下，往往會出現反向的泄漏電流，因此就會使得電流出現嚴重的提升。一般情況下，出現這種情況的原因就是由于具體的構成是兩個pn結構，所以在低于150℃的時候，就會使得pn結構下的電流，主要呈現出產生的電流，但是電流的數值較小。而在溫度高于150℃之后，就會使得在出現泄露的電流之后，主要呈現出反向擴散的電流類型，伴隨著溫度的不斷上升，使得出現越來越明顯的變化，這樣的情況受到高溫影響比較明顯，因此就導致MOS的器件所出現的直流以及交流性，有著較為明顯的變化特征。

圖2 MOS管的結構圖

設計中需要對漏極二極管的泄露電流進行考量，其次，還需要在高溫條件下的CMOS設計中，對晶體管尺寸進行科學合理的確定，避免對泄露的電流造成不良的影響。

2.2 整體電路結構設計

2.2.1 帶隙基準源VREF

帶隙基準源，是線性穩壓器的重要組成部分，其運行中主要是對于LDO線性穩壓器的EA提供一定的參考值。穩壓器的仿真功能會對于穩壓器的仿真輸出電壓與電壓參考，造成直接的影響。同時，這種電壓值的大小精度，也會受到仿真輸出電壓結果的影響。

2.2.2 電路EA

受到電路設計的影響，反饋電阻會影響反饋電壓，從而對功率管造成柵壓。功率管會對負載電流造成影響，從而影響到電壓。本文的設計方案，強調利用EA對傳統的運放結構進行處理，并對其結構中的高溫電路進行合理設計，保障在第一級輸出端能夠實現緩沖級和跟隨式零點補償結構，讓電路的整體穩定性得到保障[3]。

2.2.3 保護模塊

在對芯片進行設計的過程中，為了保障其溫度高于預先的設計溫度標準，以此可以實現自動的斷開操作，往往需要在設計出LDO產品的時候，在內部安裝一定的過溫保護模塊。其次，在電路當中的電流，一旦超出了某些指標，就會導致在其電流的過程中，使得需要設計出良好的電阻值。但是，對于不需進行過流保護的電路，在其中各種器件的運行中，如果出現電流過大，或者在溫度上升的過程中，會在溫度的作用之下燒毀。在進行設計的過程中，需要科學合理地設計以及分析，以此保障系統運行的時候，可以有著較高的合理性。

2.2.4 反饋網絡

LDO具有負反饋功能性，在反饋電壓的組成中，可形成負反饋網絡，會直接影響到LDO的線性穩壓器，因此內部關鍵參數設計對精確度要求高，花費成本高。設計過程中，應對LDO參數進行分析，讓LDO性能提升到最佳的狀態。

2.3 帶隙基準模塊設計

基準作用，是在一個范圍內，伴隨著溫度的變化，或者受到其他因素的影響，導致出現微小電壓變化的情況。上述現象，會被當做電路的偏置設計基礎。同時，電壓偏差值的出現，會導致電壓穩定性差。需要對溫度特性曲線進行分析，保障線性調整率可以得到處理。帶隙電壓的基準，會受到高精度、低溫度的影響，導致高電源電壓的抑制比較高。在本文的設計中，主要就基于帶隙基準的結構為標準。同時，將其眾多的溫度補償點進行了合理的設計，保障器件的實際工作溫度維持在-55℃～175℃之間，這樣就可以滿足各方面的實際使用需求[4]。

2.4 衡量基準模塊性能

2.4.1 功耗

首先需要對其深壓微米短溝道的長度進行考量，使其呈現出電源電壓、低功耗的特征。這樣的功耗程度往往可以對芯片的穩定性產生幫助，一般較為常見。另外還需要進行拓撲結構設計，提升某些電路的實際性能，形成更快的速度。為了保障系統可以更加高效地運行下去，還要保障對芯片性能進行提升，保證芯片散熱良好。在高速的LDO線性穩壓器的使用中，其基準的電壓源有著一定的功耗限制條件。

2.4.2 溫度偏移系統分析

首先，在當下基準電壓源當中，為了保障電壓始終保持在一個較為理想的狀態當中，但是在實際的情況下，往往溫度對于輸出精度有著直接的影響。當下的溫度偏移系數的出現，就是一種對于基準電壓源的輸出電壓的分析，以此使得電壓會伴隨著溫度的變化影響，以此形成了一個明確的參數。

其次，對于環境的溫度變化單位，往往需要進行針對性地分析，以此保障帶隙急轉電壓源會伴隨著輸出電壓的實際變化，呈現出多種不同的變化趨勢。其次，在分子表示輸出電壓的過程中，所出現的最大值與最小值之間的差值，便可以通過分母的方式，對最大值與最小值進行計算之后，得出相應的平均值，同時，在不同的溫度偏移系統的情況下，使得對于帶隙的基準電壓源的輸出會受到電壓的實際影響。

2.4.3 電源電壓抑制比

在進行模擬集成電路的過程中，其電源線往往有著一定的噪聲，因此就使得在設計的過程中，需要對這種噪聲進行有效地控制。在電源電壓的抑制比當中，往往是體現出對于這種噪聲的抑制性的能力，因此這也成為了一種電路的重要設計參數，只有利用合理的方式，才可以提升設計的合理性。

3.結語

為了保障設備的高效性，就需要伴隨著應用范圍的提升，而提升設計應用范圍，以此在各種高溫環境下，保障低壓差線性穩壓器可以穩定地運行下去，不會受到溫度的影響，而導致一些故障問題，從而使設備的性能得到最佳發揮。