随着集成电路工艺尺寸越来越小,集成电路已经由单一功能向具备更多更复杂的功能迅速发展。应用于图像传感器的低压差线性稳压器(Low dropout linear regulation,LDO)具有结构简单、瞬态响应速度快、成本低等优点有更为广泛的应用。因此,研究高性能的负压LDO电路极其重要。设计实现一个应用于图像传感器的负压LDO电路。时钟信号和使能信号采用数字模块中的反相器和与非门产生两个非交叠的时钟信号,将产生的两个非交叠的时钟信号作为电荷泵电路中的时钟信号输入,设计了一个低纹波、高效率、高驱动能力的反相输出电压的电荷泵电路,将该电压作为LDO电路中的负电源供电。在带隙基准电路的基础上增加一个PTAT电流源,为LDO电路提供一个μA级的偏置电流。全面分析LDO电路的性能指标和设计指标之间的关系,确定LDO电路中0～50mA的不同负载电流下采用受控电阻生成电路的零极点追踪补偿方法;同时,分析了 LDO电路中的电源抑制的传递函数,并对将补偿电容放置在共源共栅器件的源极与输出节点之间和密勒补偿两种补偿方法中LDO结构的PSRR进行对比。最后,给出具体的LDO电路设计结构,并对电路进行整合加以优化。基于 DBHitek 0.11um 1.5V/3.3VPDK 工艺,使用 Cadence Virtuoso 工具完成了电路晶体管级的设计、前仿、物理版图设计。在室温下、标准工艺角、供电电压为1.2V、负载电容CL为1uF条件下,进行电路设计与仿真分析。电荷泵仿真结果为电流驱动能力为0.1 A,输出电压为-1.17415V,在稳定阶段对电流进行平均值计算得到在SW=0时,Ipower=25.48E-3A,Iout=50mA,计算得到转换效率为 91%;SW=1时,Ipower=52.03E-3A,Iout=50mA,计算得到转换效率为91.8%。最终,实现了具有高驱动能力,低纹波、高效率电荷泵反相电压输出。采用受控电阻生成的零极点追踪补偿方式的负压LDO电路,在0mA～50mA的负载变化下对LDO电路中轻载和重载时输出电压进行仿真,直流DC扫描温度在-40℃-85℃下观察输出电压,在这个过程中输出电压基本保持在-1V,最大最小值差是923.5uV。在该电路中采用受控电阻的生成电路的零极点追踪补偿方法,负载电流是0mA时电路的增益61.92dB,相位裕度为89.13deg;负载电流是50mA时增益为60.097dB,相位裕度为74.47Deg。LDO电路中的负载调整率为0.052mV/mA,在输出端负载电流I=0A和I=50mA时LDO电路中的线性调整率是 Line Regulation|I=0A=2.898818mV/200.4255mV≈0.01446,Line Regulation|I=0mA=3.0591mV/174mV≈0.0176。瞬态响应过程中,在电路中负载电流在0～50mA阶跃变化,瞬态响应中上冲时响应时间约是14.76us,上冲电压是1.594mV;下冲时响应时间约为13.709us,下冲电压为2.611mV。采用电源纹波抑制提高电路在不同的负载电流下,低频段时,电源纹波抑制最小为80.1151dB,中频段时,电源纹波抑制最小为49.723dB。结果表明,研究设计的应用于图像传感器的负压LDO电路完全满足设计性能指标和功能要求,且具有瞬态响应快、性能高的特点。