3.4.1 稳压器概述
稳压器的作用是产生一个低噪声的直流电压，并且从中可以流出电流。一般我们在电路中使用它来提供一个干净的电源提供给模拟电路，尤其是在有噪声的供电会限制电路性能的场景中，稳压器的使用是必要的。
一个基本的稳压器结构如下图所示，其以参考电压\(V_{ref}\)作为输入。通过一个单位增益反馈，环路中的放大器来保证\(V_{reg}\approx V_{ref}\)，\(Q_1\)被称为导通晶体管，用于产生负载电流。输入参考电压可以通过一个带隙电压基准来产生，使得其可以在工艺偏差和温度偏差下保持固定。可变输出稳压器使用一个固定的参考电压和环路中的一个电阻式分压器来调整改变输出电压。
稳压器有以下几个关键参数：1. 电源抑制比 2. 输出阻抗 3. 压差。
电源抑制比：
电源抑制比是描述稳压器在电源\(V_{DD}\)的噪声中保持干净的\(V_{reg}\)能力，通过在\(V_{DD}\)上施加一个小信号后\(V_{reg}\)上得到的变化来衡量。两个小信号\(v_{dd}\)和\(v_{reg}\)之比被认定为电源抑制比，通常通过dB来描述，并且是随着频率而变化的。
\[PSRR(\omega)=20log_{10}|v_{dd}/v_{reg}|dB \tag{3.4.1} \]在直流电压下评估时，电源抑制的倒数可称为线性调整率。
显然电压基准和放大器对稳压器的电源抑制比起到很大的影响。例如，由于\(V_{reg}\)在反馈环路的带宽内跟踪\(V_{ref}\)，低频下的电源抑制比一般由电压基准的电源抑制比来决定。
输出阻抗：
稳压器负载中的电流\(i_L\)会引发输出\(V_{reg}\)的变化。如果这个变化很小，那么它们与稳压器的小信号输出阻抗\(Z_{out}\)相关。在高频时，输出阻抗由负载电容的阻抗\(1/j\omega C_L\)来决定，在低频时，由导通晶体管的跨导\(1/g_{m,1}\)除以放大器增益来决定。
压差：
模拟集成电路稳压器的一个重要目标是在给定的全局供电电源下最大化输出电压，换而言之就是最小化全局电源电压到稳压器输出电压之间的电压差\(V_{DD}-V_{reg}\)。这个最小化的压差就是dropout voltage，\(V_{DO}\)。注意晶体管\(Q_1\)的直流功耗为：
\[P_1 = (V_{DD}-V_{reg})i_L \tag{3.4.2} \]这个功耗没有被用在负载上，因此是一个主要的降低系统能效的因素。这个功耗的下限可以通过压差来表示：
\[P_{1,min}=V_{DO}i_L \tag{3.4.3} \]设计者需要努力将\(V_{DD}-V_{reg}\)靠近\(V_{DO}\)，并尽可能的减小\(V_{DO}\)。
在上图中，显然我们需要在\(Q_1\)的漏极和源极之间至少保持电压\(V_{eff,1}\)来防止其进入线性区，否则\(Q_1\)的跨导会下降，导致环路增益的减小并降低\(V_{reg}\)对\(V_{ref}\)的跟踪精度。一个更重要的考量是在计算压差时，我们发现\(V_{reg}\)必须小于\(V_1\)一个\(V_{GS,1}\)，如果放大器工作在和\(Q_1\)一样的电源下，并假定放大器的输出会比\(V_{DD}\)小一个\(V_{eff}\)来防止放大器中的器件进入线性区，压差至少为\(2V_{eff}+V_{tn,1}\)。我们使用阈值比较低的\(V_{tn}\approx0\)的NMOS器件时可以减小压差。此外还有一种思路是让放大器工作在一个更高的电源电压下。
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