1 引 言
    随着SOC的发展，在芯片内部集成稳压电路已越来越成为一种趋势，然而随着电路与系统的复杂化，对片内稳压器的要求与分立稳压器有所不同。比如，高速PWM控制IC对开关频率和稳定度的要求很高，因此需要有更高性能指标的内部稳压器，本文介绍的一种高速PWM控制IC内部稳压器采用独特的线路结构，具有稳压系数低、电源抑制比高、温漂低等特点，较好的满足芯片的整体要求，希望对SOC的设计有所借鉴。

2 电路结构及工作原理
2.1 电路组成
    这部分电路的系统框图如图1所示，电路原理图如图2所示，属于串联式稳压器。本电路由欠压锁定电路、前级基准、带隙基准源、误差放大器、调整元件、取样电路、保护电路组成。

    欠压锁定电路主要由施密特比较器构成，采用了特殊的电路结构，从而使这一级电路稳定系数和温漂比较低。
    带隙基准源由Q₃、Q₁₃、R₅、R₆、Q₁₅、Q₈组成，其中Q₁₅、Q₈为基准源的有源负载。
    误差放大器由Q₁、Q₂、Q₅、Q₆ 、Q₇、Q₈组成，其中Q₅、Q₆为有源负载， Q₇、Q₈共基极，有利于提高放大器的放大倍数，又比较对称，有利于提高共模抑制比。
    调整元件由QT₁₄、Q₁₅构成达林顿复合管：
    R₇、R₈为取样电阻.。为了分析主要问题，在这里把过流保护和过压保护电路省略了。

2.2 工作原理
    从电网变压过来的直流电压V_CC通过施密特比较器，当V_CC>9.2V(V₊)时开启欠压锁定电路，从而启动Q₉,Q₁₀构成的恒流源给Q₁₁、Q₁₂提供偏置，同时基准源工作起来，通过取样电阻R₇,R₈分压可得输出电压：V_REF＝(R₇+R₈)/R₈×V_ref≈5.1V。

    当输出V_REF因外界不稳定引起过压或过流等，调整管使之重新稳定，其调整过程是：
    V_REF ↑→取样分压 V_C ↑→Q₃ 更导通→V_3C↓即 V_2B↓→Q₂更导通→输出 ⊿I_D=2⊿I₂↑
    经Q₇、Q₈放大为⊿I_11E=4β⊿I₂，因为 I_11C=I_11E,所以此时I_11C大大增加，从而V_F下降，这样Q₁₀导通能力下降，从而 I_10C减少，I_14B减少, 经过Q₁₄、Q₁₅放大 V_REF迅速下降回到5.1V.

    当输入电压V_CC下降低于8.4V，欠压锁定，电路处于关断状态；当电路过流、过压太大时，通过保护电路也使之关断。

3．关键电路的实现
    影响稳压器性能的因素有：电压调整率、稳压系数、温度系数和噪声系数，而高电压调整率是获得低噪声和低温漂的前提。为了增加稳压器的稳定，设计了由前级基准电路V₁构成的预稳电路，把电网波动尽量减少（如图2所示）。

3.1 基准电压源
    基准源的稳定性对电源的电压调整率影响很大。为了获得较高电源抑制比和低温度系数，我们用高精度、低温漂的带隙基准源。
    由半导体集成电路理论^[2] ，从图2-1可知：
    取Q₃、Q₁₃发射极面积比A₃：A₁₃=7：1，当Q₃、Q₁₃基极提供适当的偏置，采用热电压V_T的正温度系数和V_be2的负温度系数相补偿，可以使∂Vc/∂T＝0.，因此

3.2 误差放大器
    误差放大器的基准输入端与基准电源电路相连。它的放大倍数和温漂的大小是稳压电源稳定系数、纹波抑制比和温度系数等的决定因素。下面分别讨论。
    1）对稳压系数的影响
    根据稳压系数的定义^[3]，结合图2得

式中 V_L――放大器输出电压
      V_i――放大器输入电压
      N――取样比
      K_V――误差放大器放大倍数
      R_b――加在T₂的基级输入电阻
      R_Z――加在T₁的基极输入电阻
      R_2E――T₂发射极电阻

    由（2）式可知，要提高稳定度，即要减少稳压系数，可用两种方法实现：
    一种是增大取样比N，这样加到比较器的那部分电压变化愈大，反馈愈强。但是由于输出电压 V_REF=V_C/N，所以N受到限制。

    另一种方法是提高误差放大器放大倍数K_V ，这可以从两种途径来实现，一种是增大比较放大器的级数，但这样温漂也厉害；第二种采用了恒流源负载Q₅、Q₆，其交流负载大、直流负载小的特点使R_2E很大，而且温漂小，在本电路中采用了后一种。

    2) 对温漂的影响
    由于Q₁、Q₂很对称，所以温漂可以互相抵消。输出电压的温漂就主要由⊿V_B决定，而⊿V_B由基准源决定，带隙基准源温漂低，因此放大器温漂很小。

    3) 对输出纹波电压的影响
    输入电压中含有波纹电压，这些波纹电压可以看作输入电压不稳定引起的，稳压器的强烈负反馈使输出波纹大大减少，由稳定系数的定义，输出波纹电压：V_no=SV_niV_O/V_I ，因稳定系数S相当小，输出波纹V_n0电压比输入波纹电压V_ni小的多。

4 模拟仿真结果及分析
    合理选择器件尺寸和器件模型，给定适当工作条件，负载电流小于短路电流60mA，
    PSPICE仿真结果如图3~图7所示，由此可得此稳压器的性能特点及技术指标：
    1）温漂小。其温度系数为 见图3。

    2）电源抑制比高、电压调整率低，电压调整率：V_REF为4.1_~6.0mV。见图4。
    3) 稳压系数低。见图4
    4）负载调整率低。当1mA<Io<10mA ⊿V_REF为 2mV～3.6mV，见图5。
    5）纹波抑制比：60dB 见图6.
    7) 输出噪声电压低： 当10<f<10KHZ 噪声电压 <12.436mV，见图7.

5  结束语
    本电路是专为某PWM控制IC内部设计的稳压电路，采用的是串联反馈式电压结构，基于整个芯片的性价比，因此主要从改进线路结构入手，采用了一些非常规电路。本文对关键模块进行了详细分析。在版图设计时采用双极4μm工艺，并进行PSPICE仿真，能达到较好的技术指标。