介绍几种LDO的补偿方式

LDO之所以不好做，很大一部分原因是稳定性的锅。不同的架构能影响稳定性，负载的性质和大小能影响稳定性，功耗也能影响稳定性，还有其他各种因素都能限制系统稳定性的设计...这家伙可真的是对内唯唯诺诺，对外重拳出击，一不小心就设计成OSC了。

1. 两级miller补偿

要分析稳定性，各种补偿方式和对应的零极点分析是逃不过的一个难题。从上学开始接触最多的就是两级的miller补偿，主极点在第一级运放的输出，次级点在系统的输出，但这也仅限于Cm和CL在同一个数量级时，如果CL>>Cm那么主极点将在系统输出，次级点在第一级运放的输出。这时候用miller补偿，Cm需要非常大。

所以两级miller补偿好用，但是如果负载电容很大时这种补偿方式很不实用。现在很多单片LDO包括有些大芯片内部的PMU应用时输出外面都会挂一个uF级的大电容，这样可以在输出负载跳变时稳定输出电压，也可以滤除噪声。所以在设计LDO时都需要把外面的大电容考虑进去。

LDO的稳定性补偿还需要考虑不同负载电流下的稳定性。LDO多用于系统的供电源，所以需要在重载，轻载和空载下都要保持稳定。但是LDO让人头疼的就是负载变化时，系统输出处的极点也会随之变化。比如还是两级LDO，假设主极点p1在第一级输出，次级点p2在系统输出。p1=1/Ro1CmgmL*RoL，p2=gmL/CL。gmL是跟负载电流iload有关的量，如果iload减小gmL也会减小。对应的p1和带宽会增大，p2会减小，最坏会在带内形成双级点影响稳定性，所以一般都会做一个动态零点补偿架构来消除负载变化带来的影响。

2. 三级级联补偿

下面的架构是一种三级补偿方式，这种可以不用miller补偿的方式来实现稳定性。假设Co是uF级的负载电容。主极点Po在系统输出，p1和p2分别为系统另外两个次级点。增加一个零点来补偿带宽处的稳定性。这种架构优缺点都很明显，如果把p1和p2做到带外那么系统为单极点的稳定系统，且也不用考虑负载变化带来的影响。但是系统带宽不能太高，如果带宽太高，p1和p2会很难设计到带外去。太低的话瞬态效应会不好。

3. Ahuja miller compensation

下面也是一种很经典的补偿架构：ahuja miller compensation。这种补偿方式将主极点往原点死推，Cc会经过两个增益级，将Cc的等效容值倍增两个增益级，主极点p1=1/Ro5Ccgmp*RL，次级点p2=gmp/CL，就算输出外挂一个uF级的大电容，理论上也很容易实现单极点稳定系统。但是在实际做时很容易在带宽处出现共轭极点，导致稳定性问题。不知道有经验的大佬对此有没有具体的分析方法和解决思路可以在评论区分享一下，在此托马斯回旋跪谢！

4.reverse nested miller compensation

下面的架构是一种很好很实用的架构，reverse nested miller compensation。跟ahuja的思路一样，嵌套补偿的方法也是让主密勒补偿电容Cc1经过两级增益级，以此来提高等效容值，把主极点p1往原点死推。P1=1/Cc1Av2Av3*Ro1; P2=1/Ro2*Co2; P3=gm3*Cc2/Cc1*CL。所以把p2和p3做到带外就能形成单极点稳定系统。这种架构还需要设计一个动态零点来补偿掉轻载和空载时带宽处的相位裕度。

值得注意的是，因为p3会随着负载变化，所以在某个负载下很容易跟内部的p2形成共轭极点。在根轨迹上当两个极点相遇，如果负载继续变化，两个极点会向原点移动，影响系统的稳定性。