發(fā)布時間：2017-08-11 22:26

  本文關(guān)鍵詞：一種片上集成的低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計

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【摘要】：隨著智能手機和平板電腦等便攜式電子設(shè)備的迅猛發(fā)展,電源管理單元變得無處不在。穩(wěn)壓器是電源管理單元的核心模塊,按照工作模式可以將穩(wěn)壓器分為開關(guān)型穩(wěn)壓器和低壓差線性穩(wěn)壓器(low dropout regulator,簡稱LDO)。相比于開關(guān)型穩(wěn)壓器,LDO具有低成本、低功耗、低噪聲、電源紋波抑制能力強、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)勢,因此在電源管理中擁有不可替代的地位。根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境設(shè)計不同性能的LDO已經(jīng)成為電源管理中的重要研究方向。本論文設(shè)計了一種片上集成、高電源紋波抑制、快速瞬態(tài)響應(yīng)的LDO。首先分析了LDO的系統(tǒng)組成和性能指標(biāo)。隨后,提出了一種高電源紋波抑制、低失調(diào)影響的帶隙基準(zhǔn)電路,其創(chuàng)新點在于:1)利用超級源隨器產(chǎn)生局部電源給基準(zhǔn)的核心模塊供電,從而顯著提高電源抑制能力;2)基準(zhǔn)的核心模塊不采用運放鉗位,而是利用自偏置進行鉗位,從而有效減小失調(diào)。接著介紹了LDO的主體電路,其中,誤差放大器采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu),buffer采用超級源隨器結(jié)構(gòu),反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻分壓結(jié)構(gòu),功率管為PMOS。詳細分析了LDO的環(huán)路穩(wěn)定性、電源紋波抑制以及輸出噪聲。通過將pass管柵極的極點和輸出電容的ESR引入的零點都推至高頻,并采用current buffer補償使得在環(huán)路的單位增益頻率內(nèi)只有一個極點,從而確保環(huán)路在所有條件下都能穩(wěn)定。其關(guān)鍵點在于:1)采用超級源隨器作為buffer并結(jié)合動態(tài)偏置技術(shù),使得buffer的輸出電阻隨著負載電流而變化,從而使pass管柵極處的極點始終遠高于LDO環(huán)路的單位增益頻率;2)采用電容耦合技術(shù)提供了一條從LDO輸出到buffer輸入的快通路,從而解決了在瞬態(tài)響應(yīng)時EA帶寬有限的問題。本設(shè)計在0.18μm工藝下流片,核心版圖面積為560μm×300μm,輸出電容采用ESR低于50 mΩ的多層陶瓷電容,電容值2μF,測試表明,在2 V~3.3 V的工作電壓范圍內(nèi)可以穩(wěn)定地輸出1.8 V;最大負載電流100 mA;最小壓差200 mV;在2.1 V的電源電壓下,負載調(diào)整率為18.3 ppm/m A;在10 mA負載電流下,線性調(diào)整率為169 ppm/V;整個LDO在空載時的靜態(tài)電流為178μA,滿載時為350μA;帶隙基準(zhǔn)的PSR在高達40 MHz的頻率范圍內(nèi)能好于46 dB;在負載電流為1 mA時,LDO的PSR在低頻好于46 dB,1 MHz處PSR可以達到30 dB;負載電流在10 ns內(nèi)從0突變到100 mA,上沖和下沖分別為10.6 mV和6.4 mV。
【關(guān)鍵詞】：低壓差線性穩(wěn)壓器 帶隙電壓基準(zhǔn) 高電源紋波抑制 快速瞬態(tài)響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM44
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究工作的背景與意義11-13
• 1.2 LDO的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的主要工作與創(chuàng)新14-15
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排15-16
• 第二章 LDO系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)16-28
• 2.1 LDO的基本原理及系統(tǒng)組成16-18
• 2.2 LDO的性能指標(biāo)18-27
• 2.2.1 最小壓差18
• 2.2.2 最大負載電流18-19
• 2.2.3 靜態(tài)電流19-20
• 2.2.4 電源效率20
• 2.2.5 線性調(diào)整率20-21
• 2.2.6 負載調(diào)整率21
• 2.2.7 電源紋波抑制21-22
• 2.2.8 輸出噪聲22-25
• 2.2.9 瞬態(tài)響應(yīng)25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 高PSR低失調(diào)帶隙基準(zhǔn)電壓設(shè)計28-51
• 3.1 帶隙電壓基準(zhǔn)的基本原理28-30
• 3.2 帶隙基準(zhǔn)電壓的主要性能參數(shù)30-34
• 3.2.1 線性調(diào)整率30-31
• 3.2.2 溫度系數(shù)31
• 3.2.3 電源紋波抑制31-32
• 3.2.4 靜態(tài)電流32
• 3.2.5 輸出噪聲32
• 3.2.6 失調(diào)影響32-34
• 3.3 高PSR低失調(diào)帶隙基準(zhǔn)電壓電路34-43
• 3.3.1 帶隙基準(zhǔn)電壓的核心模塊34-39
• 3.3.2 負反饋環(huán)路提高PSR39-43
• 3.3.3 啟動電路43
• 3.4 仿真結(jié)果43-50
• 3.4.1 線性調(diào)整率44
• 3.4.2 溫度特性44-45
• 3.4.3 電源抑制性能45-46
• 3.4.4 環(huán)路穩(wěn)定性46-48
• 3.4.5 輸出噪聲48-49
• 3.4.6 啟動性能49
• 3.4.7 靜態(tài)電流49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 LDO主體電路設(shè)計51-73
• 4.1 LDO的環(huán)路穩(wěn)定性分析51-57
• 4.2 LDO的PSR分析57-59
• 4.3 LDO的噪聲分析59-61
• 4.4 動態(tài)偏置和電容耦合技術(shù)61-63
• 4.4.1 動態(tài)偏置61-62
• 4.4.2 電容耦合62-63
• 4.5 仿真結(jié)果63-72
• 4.5.1 線性調(diào)整率63-64
• 4.5.2 負載調(diào)整率64-65
• 4.5.3 溫度特性65
• 4.5.4 環(huán)路穩(wěn)定性65-67
• 4.5.5 電源紋波抑制67-69
• 4.5.6 負載瞬態(tài)響應(yīng)69-70
• 4.5.7 線性瞬態(tài)響應(yīng)70-71
• 4.5.8 啟動特性71
• 4.5.9 輸出噪聲71-72
• 4.5.10 靜態(tài)電流72
• 4.6 本章小結(jié)72-73
• 第五章 LDO的版圖設(shè)計73-78
• 5.1 版圖設(shè)計的重要性73
• 5.2 LDO的版圖設(shè)計要點73-76
• 5.2.1 電阻的匹配73-74
• 5.2.2 MOS管的匹配74-75
• 5.2.3 金屬連線的電阻和電流限制75-76
• 5.2.4 整體布局76
• 5.3 最終版圖76-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 LDO測試78-87
• 6.1 測試準(zhǔn)備78-79
• 6.2 測試結(jié)果79-86
• 6.2.1 線性調(diào)整率79-81
• 6.2.2 負載調(diào)整率81-82
• 6.2.3 Dropout電壓82
• 6.2.4 最大負載電流82
• 6.2.5 靜態(tài)電流82
• 6.2.6 電源紋波抑制82-84
• 6.2.7 負載瞬態(tài)響應(yīng)84-86
• 6.3 本章小結(jié)86-87
• 第七章 總結(jié)和展望87-88
• 7.1 全文總結(jié)87
• 7.2 后續(xù)工作展望87-88
• 致謝88-89
• 參考文獻89-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果91-92

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李甜;一種片上集成的低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2016年

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本文編號：658513