本文選題：電源管理 + 低壓差線性穩(wěn)壓器��； 參考：《西南交通大學》2017年碩士論文

【摘要】：線性穩(wěn)壓器(LDO)作為電源管理IC中的重要一員,以其低成本、低噪聲、快速瞬態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。LDO可分為有外接電容和無外接電容(片上集成)兩類。隨著SOC技術(shù)的發(fā)展,各種功能集成在一顆芯片上,LDO集成在芯片內(nèi)部可提升芯片的供電性能,節(jié)約成本。所以片上集成LDO是目前的研究熱點。而去除外接電容后的設(shè)計難點在于LDO在全負載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和負載瞬態(tài)響應(yīng)性能。本文以LDO的高穩(wěn)定性和快速瞬態(tài)響應(yīng)特性為研究重點,通過公式推導(dǎo)分析了三級結(jié)構(gòu)的片上集成LDO頻率特性以及嵌套米勒補償(Nested Miller Compensation,NMC)原理及其穩(wěn)定條件。設(shè)計了一種基于改進的增強型AB跟隨器的LDO電路,將增強型AB跟隨器改為動態(tài)偏置電流電路,加快瞬態(tài)響應(yīng),并利用嵌套米勒補償保證負載電流大于10μA時有大于60°的相位裕度。設(shè)計了一種基于推挽電路的LDO,推挽電路具有正向增益的低輸出電阻,將第二級和第三級的極點設(shè)計為共軛復(fù)極點,合理設(shè)計緩沖級的增益和輸出電阻可將這兩個次極點設(shè)計在單位增益帶寬之外,從而保證環(huán)路具有足夠的相位裕度。對片上集成LDO的瞬態(tài)增強的原理進行分析總結(jié)得出,PMOS調(diào)整管柵極電壓的調(diào)整速度是影響LDO的瞬態(tài)性能的重要因素。因此本文提出了一種瞬態(tài)增強電路,其通過RC電路檢測輸出電壓在負載跳變時的過沖或下沖,將其放大并轉(zhuǎn)換為脈沖電流,對調(diào)整管柵極電容充電或放電,縮短調(diào)整過程,減小輸出電壓變化。使用HSPICE進行仿真驗證,設(shè)計的基于增強型AB跟隨器的LDO電路,在負載電容為0～100pF范圍內(nèi),負載電流在10OμA～100mA內(nèi)相位裕度大于60°。當負載電流以99mA/μs跳變,輸出電壓最大下沖70mV,最大過沖103mV,平均1.37μs恢復(fù)穩(wěn)定,靜態(tài)電流僅15μA�；谕仆祀娐返腖DO仿真結(jié)果表明,在負載電容為0～100pF內(nèi),本LDO在全負載范圍內(nèi)都有大于60°的相位裕度。負載以99mA/μs跳變時,輸出電壓最大下沖51mV,最大過沖43mV,平均恢復(fù)時間1.28μs。靜態(tài)電流30μA。從理論推導(dǎo)和仿真結(jié)果可以看出,本文基于嵌套型米勒補償?shù)腖DO電路在穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)性能上具有一定的優(yōu)勢。
[Abstract]:As an important member of power management IC, LDO (linear voltage regulator) is widely used in electronic equipment with low cost, low noise and fast transient response. LDO can be divided into two types: external capacitance and no external capacitance (on-chip integration). With the development of SOC technology, the integration of various functions on a single chip can improve the power supply performance of the chip and save the cost. Therefore, the on-chip integration of LDO is the current research hotspot. The design difficulty after removing the external capacitance lies in the stability of LDO in the whole load range and the transient response performance of the load. In this paper, the characteristics of high stability and fast transient response of LDO are studied. The frequency characteristics of integrated LDO and the nested Miller compensation principle and its stability conditions are deduced and analyzed by formula. A LDO circuit based on the improved enhanced AB follower is designed. The enhanced AB follower is replaced by a dynamic bias current circuit to speed up the transient response, and the phase margin greater than 60 擄is ensured by nested Hans Muller compensation when the load current is greater than 10 渭 A. A kind of LDO based on push-pull circuit is designed. The push-pull circuit has low output resistance with positive gain. The poles of the second and third stages are designed as conjugate complex poles. The two sub-poles can be designed beyond the unit gain bandwidth by reasonably designing the gain and output resistance of the buffer stage so as to ensure that the loop has sufficient phase margin. The principle of transient enhancement of on-chip integrated LDO is analyzed and summarized. It is concluded that the adjusting speed of gate voltage is an important factor affecting the transient performance of LDO. In this paper, a transient enhancement circuit is proposed, which detects the overshoot or downrush of output voltage during load jump by RC circuit, amplifies and converts it into pulse current, charges or discharges the gate capacitance of the adjusting tube, and shortens the adjustment process. Reduce the output voltage change. The LDO circuit based on the enhanced AB follower is simulated by HSPICE. The phase margin of the load current in 10O 渭 A~100mA is more than 60 擄when the load capacitance is in the range of 0~100pF. When the load current changes with 99mA/ 渭 s, the maximum output voltage is 70 MV, the maximum overshoot is 103 MV, the average is 1.37 渭 s and the static current is only 15 渭 A. The LDO simulation results based on push-pull circuit show that the phase margin of this LDO is more than 60 擄in the full load range when the load capacitance is 0~100pF. When the load is changed by 99mA/ 渭 s, the maximum output voltage is 51mV, the maximum overshoot is 43mV, and the average recovery time is 1.28 渭 s. The static current is 30 渭 A. From the theoretical derivation and simulation results, it can be seen that the LDO circuit based on nested Hans Muller compensation has some advantages in stability and transient response performance.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM44

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本文編號：1916801