本文關(guān)鍵詞：一種高精度無片外電容LDO的設(shè)計(jì)

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【摘要】：電源管理模塊在當(dāng)今電子工業(yè)界扮演著舉足輕重的角色,其中低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,LDO)以其體積小,功耗低,噪聲性能優(yōu)而被廣泛地用于各種便攜式電子產(chǎn)品中。隨著便攜式電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展,LDO也朝著片上集成(System on Chip,SoC)的方向前進(jìn)。傳統(tǒng)的LDO需要外接一個(gè)片外大電容,這個(gè)電容無疑占用了較大的PCB空間,限制其在便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。無片外電容LDO成為了時(shí)下研究的熱點(diǎn)。片外電容可以作為電荷存儲(chǔ)元件為L(zhǎng)DO的輸出節(jié)點(diǎn)提供電荷和泄放電荷,使負(fù)載電流發(fā)生瞬態(tài)變化時(shí),輸出電壓依然維持穩(wěn)定,且片外電容的等效串聯(lián)電阻(Equivalent Series Resistor,ESR)能在輸出端構(gòu)建零點(diǎn)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無片外電容LDO沒有器件能在負(fù)載電流瞬變時(shí)給輸出端充放電,也沒有ESR構(gòu)建零點(diǎn)來穩(wěn)定系統(tǒng),所以無片外電容LDO的設(shè)計(jì)中,穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性是不小的挑戰(zhàn)。在第3章中詳細(xì)分析了這兩個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。在高精度系統(tǒng)中,高精度的LDO是必不可少的,且提高LDO輸出電壓的精度,能提高LDO的效率和芯片的使用壽命。帶隙基準(zhǔn)輸出電壓的精度對(duì)LDO輸出電壓的精度影響最大。本次設(shè)計(jì)中,采用高階補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源,為L(zhǎng)DO提供高精度、低溫漂的參考電壓,以提高LDO輸出電壓的精度。采用阻尼系數(shù)控制(Damping Factor Control,DFC)頻率補(bǔ)償方法在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí),保證一定的瞬態(tài)響應(yīng)。最后加入過溫保護(hù)電路提高芯片的可靠性。本次設(shè)計(jì)在CSMC 0.5μm的工藝下基于Cadence spectre進(jìn)行仿真驗(yàn)證,在輸入電壓3.5V~5.5V范圍內(nèi),輸出3.3V電壓,脫落電壓47mV,負(fù)載電流范圍1mA~100mA,典型情況下靜態(tài)電流142μA,在負(fù)載電流1μs內(nèi)從1mA跳變到100mA,或1μs內(nèi)從100mA跳變到1mA時(shí),輸出電壓瞬變均小于150mV,電路電源抑制比為65.1dB。電路在輕載、中載和重載時(shí)均能保持穩(wěn)定,系統(tǒng)線性調(diào)整率0.8%,負(fù)載調(diào)整率5.5%。
【關(guān)鍵詞】：低壓差線性穩(wěn)壓器 無片外電容 阻尼系數(shù)控制 帶隙基準(zhǔn)電壓源 高階補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 選題背景10
• 1.2 電源管理芯片介紹10-12
• 1.3 LDO發(fā)展趨勢(shì)12-14
• 1.3.1 LDO的應(yīng)用趨勢(shì)12
• 1.3.2 LDO的技術(shù)趨勢(shì)12-14
• 1.4 論文安排14-16
• 第2章 LDO原理與理論基礎(chǔ)16-22
• 2.1 LDO工作原理16
• 2.2 LDO主要性能參數(shù)16-20
• 2.2.1 靜態(tài)電流17
• 2.2.2 脫落電壓17-18
• 2.2.3 轉(zhuǎn)換效率18
• 2.2.4 負(fù)載調(diào)整率18-19
• 2.2.5 線性調(diào)整率19
• 2.2.6 瞬態(tài)特性19-20
• 2.2.7 精度20
• 2.2.8 環(huán)路穩(wěn)定性20
• 2.3 LDO性能指標(biāo)之間的折衷20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 無片外電容LDO的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)22-33
• 3.1 LDO穩(wěn)定性分析22-28
• 3.1.1 傳統(tǒng)LDO的穩(wěn)定性分析22-23
• 3.1.2 無片外電容LDO穩(wěn)定性分析23-24
• 3.1.3 無片外電容LDO穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀24-28
• 3.2 LDO瞬態(tài)響應(yīng)分析28-32
• 3.2.1 傳統(tǒng)LDO的瞬態(tài)響應(yīng)28-30
• 3.2.2 無片外電容LDO瞬態(tài)響應(yīng)分析30-31
• 3.2.3 無片外電容LDO瞬態(tài)特性研究現(xiàn)狀31-32
• 3.3 本章小結(jié)32-33
• 第4章 無片外電容LDO電路設(shè)計(jì)33-59
• 4.1 調(diào)整管33-36
• 4.2 頻率補(bǔ)償分析36-41
• 4.2.1 頻率補(bǔ)償方案的選擇36-37
• 4.2.2 基于DFC頻率補(bǔ)償?shù)腖DO電路分析37-41
• 4.3 反饋電阻41-42
• 4.4 誤差放大器42
• 4.5 帶隙基準(zhǔn)源42-55
• 4.5.1 基本原理分析43-45
• 4.5.2 傳統(tǒng)一階補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓源45-46
• 4.5.3 高階補(bǔ)償46-50
• 4.5.4 運(yùn)放失調(diào)50-52
• 4.5.5 改進(jìn)型帶隙基準(zhǔn)電壓源52-55
• 4.6 過溫保護(hù)電路55-58
• 4.6.1 過溫原理分析55-56
• 4.6.2 施密特觸發(fā)器56-58
• 4.7 本章小結(jié)58-59
• 第5章 高精度無片外電容LDO的仿真59-70
• 5.1 帶隙基準(zhǔn)電壓源仿真59-61
• 5.2 穩(wěn)定性仿真61-63
• 5.3 過溫保護(hù)電路仿真63-64
• 5.4 LDO仿真64-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第6章 LDO版圖設(shè)計(jì)70-74
• 6.1 布局布線70
• 6.2 匹配70-72
• 6.2.1 三極管的匹配70-71
• 6.2.2 電阻的匹配71-72
• 6.2.3 差分對(duì)管的匹配72
• 6.3 版圖設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)72-73
• 6.4 系統(tǒng)的版圖73-74
• 第7章 總結(jié)與展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 致謝78-79
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷79-80
• 在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果80

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