由于传统LDO(Low Dropout Regulator)有着较大的片外电容,无法和片上系统(SoC)的发展趋势结合,因而无片外电容LDO成为当下发展应用的主流。与传统LDO相比,无片外电容LDO由于缺少了较大的输出电容,在环路稳定性和瞬态响应特性上存在设计挑战。而且在SoC应用中,有许多电路需要电源在极短时间内提供一个大电流,这对无片外电容LDO设计提出了更高的要求。本文研究针对极快负载变化应用的无片外电容LDO设计。首先,本文基于对LDO瞬态响应过程的计算和分析,使用NMOSFET作为功率管以提高响应速度、限制极快负载变化条件下的输出欠冲和上冲幅度。为保证NMOS功率管有合适的电压裕度,论文还设计了一个集成电荷泵以及为电荷泵提供时钟信号的高精度频率可调振荡器。其次,误差放大器采用差分栅耦合对组合的方式实现,采用动态偏置和静态偏置组合的偏置方式,以节省功耗提高效率,并获得更高的系统带宽和压摆率,同时将LDO环路的低频主极点设置在功率管栅端以提高带宽。第三,引入了一条通过电容耦合高速动态信号的瞬态响应快速通路,当负载瞬态变化速度大于或远大于LDO带宽时,直接将LDO输出端的交流信号馈入到功率管驱动电路中,极大提高了LDO瞬态响应速度。论文基于华宏0.11μm 5.5V高压CMOS工艺完成了原型芯片的电路设计与仿真。仿真结果表明,在-25℃~125℃内,输入电压范围2V~5V,输出电压1.5V,典型情况下最低静态电流消耗为86μA,在极快负载变化(50μA~50mA@100ps)下获得了较为优秀的瞬态响应特性,最大输出电压欠冲466mV,输出电压上冲333mV。