瞬态事件如何影响LDO的动态性能?

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内容提要

本文讨论了LDO的瞬态响应,包括负载瞬态响应和线路瞬态响应。LDO输出下冲时,误差放大器输出电压下降,导致PMOS导通,给输出电容充电,使输出电压回升。LDO输出过冲时,误差放大器输出电压增加,导致PMOS关闭,但一个传递元件可以给输出电容充电,以防过冲输出电压恢复。负载瞬态响应和线性瞬态响应的反馈动作相同,取决于下冲或过冲的原因。含NMOS的LDO与含PMOS的LDO反应相反。

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延伸解读

负载与线路瞬态响应的异同

文章指出,负载瞬态响应由负载电流变化引起,线路瞬态响应由输入电压变化引起,两者在输出端都会产生过冲或下冲。但图5显示,线路瞬态响应中下冲和过冲波形相同,因为负载电流未变,输出电容没有额外放电。而负载瞬态响应中,负载电流变化会导致输出电容充放电,因此波形不同。理解这一区别有助于在实际调试中判断瞬态事件的来源。

反馈速度决定过冲幅度与稳定时间

文章强调,过冲的幅度和稳定时间取决于内部反馈对瞬态事件的反应速度。无论是输入电压还是负载电流的变化,反馈环路的响应越快,输出恢复到稳态所需的时间就越短,过冲幅度也越小。因此,在评估LDO动态性能时,不能只看稳态精度,还需关注误差放大器和传递元件的响应速度。

PMOS与NMOS传递元件的相反控制逻辑

对于含PMOS传递元件的LDO,下冲时误差放大器输出电压VAMP下降以导通PMOS;过冲时VAMP增加以关闭PMOS。而含NMOS传递元件的LDO,其栅源电压针对输出电压VOUT,因此需要导通更多NMOS时VAMP增加,需要关闭时VAMP下降,控制方向恰好相反。设计或替换LDO时,必须注意传递元件类型对反馈极性的影响。

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Q&A

LDO的瞬态响应具体包括哪几种类型?

LDO的瞬态响应包括负载瞬态响应和线路瞬态响应。负载瞬态响应是指当LDO提供的负载电流发生变化时,输出端出现的过冲或下冲现象;线路瞬态响应是指当连接到LDO输入端的电压发生变化时,输出端出现的过冲或下冲现象。

当LDO输出发生下冲时,内部电路是如何自动调节使电压回升的?

当LDO输出下冲时,输出电压低于参考电压,误差放大器输入端产生电压差,导致误差放大器输出电压VAMP下降,PMOS传递元件的VGS增加,PMOS导通更多通道,给输出电容充电,从而使输出电压回升到正常值。

LDO输出过冲时,内部电路如何动作来抑制过冲?

当LDO输出过冲时,输出电压高于参考电压,误差放大器输入端产生负电压差,误差放大器输出电压VAMP增加,PMOS传递元件的VGS减少,PMOS开始关闭通道。但传递元件仍可给输出电容充电,防止输出电容放电,使过冲电压恢复到正常值。

负载瞬态响应和线路瞬态响应的反馈动作是否相同?

是的,负载瞬态响应和线路瞬态响应的反馈动作是相同的,都取决于导致下冲或过冲的原因。过冲的幅度和稳定时间取决于内部反馈对瞬态事件的反应速度,即对输入电压或负载电流任何变化的响应速度。

含NMOS传递元件的LDO与含PMOS的LDO在瞬态响应中有何不同?

含NMOS传递元件的LDO与含PMOS的LDO反应相反。含PMOS的LDO,其栅源电压VGS针对输入电压VIN;而含NMOS的LDO,其栅源电压VGS针对输出电压VOUT。因此,当需要导通更多NMOS传递元件时,误差放大器输出电压VAMP增加;需要关闭时,VAMP下降,这与PMOS LDO恰好相反。

LDO负载瞬态响应的实测波形有什么特点?

实测负载瞬态响应显示:当负载电流变化到较高水平时,输出电压下降,一段时间后内部反馈导通PMOS传递元件;当负载电流变化到非常低的水平(如1毫安)时,内部反馈关闭PMOS传递元件,导致过冲,输出电容放电。

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