最近翻了翻自己攒了大半年的LDO设计合集，从 undergrad 摸鱼到现在改了好几版，终于把几种经典结构、仿真库还有配套的工艺库打包整理好了，今天掏出来唠唠

首先说最入门的那款也就是大家最常看到的分压反馈运放功率管的基础结构。说白了就是用反馈把输出电压钉在你想要的数值上运放当大脑功率管当苦力扛电流。一开始我还嫌这种结构太简单直到第一次搭的时候把分压电阻接反了跑出来输出电压比输入还高尬得我抠了半天脚。给你们看一下我当时写的入门SPICE网表没搭真实运放用了个简化的电压增益块先把逻辑跑通* 基础单级运放LDO测试网表 .lib smic18rf.lib tt 25 1.8V // 抽出来的中芯18nm工艺库不用下完整大包 vin vcc 0 DC3.3V // LDO的输入电源比目标输出高一点 * 输出电压采样分压把Vout降到参考电压级别 r_top out_node fb_node 100k // 上拉到输出节点 r_bot fb_node 0 10k // 下拉到地采样比11:1 e_amp amp_out 0 fb_node 0 1000 // 简化运放模型增益1000方便快速看反馈逻辑 * PMOS功率管源极接电源漏极接输出栅极接运放输出 m_pwr out_node amp_out vcc vcc pmos L0.18u W20u * 模拟实际负载100欧电阻加100nF电容 rl out_node 0 100 cl out_node 0 100n * 仿真指令瞬态看启动过程直流看输出精度 .tran 0 10ms 0 1us .dc vin 3.3 3.3 0 .print tran v(out_node) .print dc v(out_node) .end这段跑起来之后输出电压会稳定在3V左右误差也就几mV完全够用入门测试。当初我就是靠这个网表搞懂了LDO的基本反馈逻辑比看十篇论文都管用。刚才那款入门款的问题也很明显运放增益不够导致输入输出压差大要是给电池供电的设备用耗电就快了。所以我后来改成了折叠cascode运放的结构增益能拉到80dB以上压差就能压到几十mV甚至十几mV。给你们看一下进阶版的网表片段这次没有用简化运放搭了个真实的折叠cascode运放* 折叠cascode运放LDO低压差优化版 .lib smic18rf.lib tt 25 1.8V vin vcc 0 DC3.3V * 分压采样和入门款一样目标输出1.8V r_top out fb 100k r_bot fb 0 10k * PMOS功率管宽长比调大到50u扛100mA电流没问题 m_pwr out gate_p vcc vcc pmos L0.18u W50u * 折叠cascode运放差分对用PMOS电流镜负载cascode管提升增益 mp1 gate_p in_p vcc vcc pmos L0.18u W2u mp2 amp_out in_p vcc vcc pmos L0.18u W2u mn1 in_p bias 0 0 nmos L0.18u W1u mn2 in_n bias 0 0 nmos L0.18u W1u * 电流镜偏置 mp3 bias vcc vcc vcc pmos L0.18u W5u mp4 bias vcc vcc vcc pmos L0.18u W5u * cascode管提升输出阻抗增大增益 mn3 amp_out bias2 0 0 nmos L0.18u W1u * 这里省略了带隙基准偏置电路实际做的时候必须加不然温度一飘就炸 * 负载还是100欧100nF rl out 0 100 cl out 0 100n * 跑个AC仿真看环路增益判断稳定性 .ac dec 10 1 100Meg .print ac v(amp_out)/v(fb) .end当初搭这个运放的时候光是调偏置电流就调了一下午一开始电流太小运放响应太慢负载一变就振荡电流太大又浪费电。后来加了米勒补偿电容才把振荡问题解决这个坑我在设计报告里写得清清楚楚谁看谁踩过的都懂。不光有网表我还写了几个Python脚本用来批量仿真比如用来扫功率管的宽长比或者扫负载电流的变化。比如这段用PySpice写的批量扫宽长比的脚本import PySpice.Logging.Logging as Logging logger Logging.setup_logging() from PySpice.Spice.Netlist import Circuit from PySpice.Unit import * # 批量扫描功率管宽度找最优的宽长比 def sweep_ldo_pwr_w(width_list): for w in width_list: circuit Circuit(fLDO_PWR_W_{w}um) # 加载提前抽好的工艺库 circuit.lib(smic18rf.lib) # 电源和分压 circuit.V(input, vcc, 0, 3.3) circuit.R(r_top, out, fb, 100u_kΩ) circuit.R(r_bot, fb, 0, 10u_kΩ) # 功率管循环改宽度 circuit.MOSFET(pwr, out, gate, vcc, vcc, modelpmos, L0.18u_µm, Wwu_µm) # 简化运放模型快速仿真 circuit.E(amp, gate, 0, fb, 0, 1000) # 测试负载 circuit.R(load, out, 0, 100u_Ω) circuit.C(load_cap, out, 0, 100u_nF) # 运行直流仿真 simulator circuit.simulator(temperature25, nominal_temperature25) analysis simulator.dc(Vinputslice(3.3,3.3,0)) # 把结果存到文件里 with open(fldo_w_{w}um_result.txt, w, encodingutf-8) as f: f.write(f功率管宽度{w}μm\n输出电压{analysis[out][0]:.4f}V) print(f完成宽度{w}μm的仿真) if __name__ __main__: # 扫10、20、30、50微米的宽长比 sweep_ldo_pwr_w([10,20,30,50])这段脚本跑起来之后会生成四个txt文件每个里面对应不同宽度的功率管的输出电压我当时就是靠这个快速找到了最合适的50微米宽度既能扛住100mA的负载又不会因为太宽导致启动时间过长。最后说一下合集里的设计报告不是那种八股文式的论文报告就是我自己记的流水账第一次振荡的波形图、调补偿电容的过程、不同工艺转角下的仿真结果还有我踩过的所有坑——比如忘了加启动电路导致LDO不工作、分压电阻的精度不够导致输出偏差、功率管的衬底偏置没接导致阈值电压变化等等。整个合集里还包含了SMIC18的抽取出的工艺模型不用去官网下几百兆的完整库直接就能用还有三种经典结构的网表入门单级款、低压差cascode款、还有集成了带隙基准的完整款。要是有刚入门LDO设计的同学直接拿过去改改参数就能跑省得像我当初一样到处找资料还踩一堆坑。对了要是你有更好的优化思路比如用动态补偿之类的也欢迎一起唠唠我最近还在琢磨怎么把LDO的响应速度再提一提。