本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于SRAM的無片外補(bǔ)償電容LDO設(shè)計

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【摘要】：靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲器(Static Random Access Memory, SRAM)具有低功耗、高速讀取、邏輯工藝兼容良好等優(yōu)點(diǎn),近年來在數(shù)字通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在SRAM中,存儲單元、靈敏放大器等模塊對供電電壓十分敏感,這對芯片內(nèi)部的電源模塊提出了嚴(yán)格的要求,低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Drop-out Regulator,LDO)由于具有低噪聲、低紋波和瞬態(tài)響應(yīng)良好等特性被廣泛應(yīng)用于SRAM的電源系統(tǒng)中。本文基于SMIC 65nm CMOS工藝,設(shè)計了一種應(yīng)用于SRAM的無片外補(bǔ)償電容LDO,該LDO由低溫漂高精度基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器和功率級構(gòu)成。其中,基準(zhǔn)電壓源采用類指數(shù)性質(zhì)的電流進(jìn)行曲率補(bǔ)償,降低基準(zhǔn)電壓的溫漂系數(shù),并引入預(yù)穩(wěn)壓電路以提高電源抑制比；誤差放大器采用可變增益結(jié)構(gòu),當(dāng)負(fù)載電流較小時,誤差放大器和功率級等效為兩級放大結(jié)構(gòu),并采用共源共柵密勒(Cascode Miller)補(bǔ)償以保持穩(wěn)定；當(dāng)負(fù)載電流較大時,誤差放大器和功率級等效為三級結(jié)構(gòu),并采用有源反饋補(bǔ)償(Active Feedback Frequency Compensation)保持穩(wěn)定,整個LDO采用基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流自偏置,并引入動態(tài)偏置單元以提高瞬態(tài)響應(yīng)能力和重負(fù)載下系統(tǒng)的帶寬。利用Cadence軟件對LDO進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化與前仿真、版圖設(shè)計和后仿真。后仿真結(jié)果表明：在2.5V電源電壓下,LDO的輸出電壓為1.23V,在-55℃-125℃范圍內(nèi)的溫度系數(shù)為12.1ppm/℃。整個LDO在低頻(1kHz)下系統(tǒng)的電源抑制比為-75dB,線性調(diào)整率為0.83%,負(fù)載調(diào)整率僅為0.171mV/mA,能達(dá)到全負(fù)載范圍內(nèi)的穩(wěn)定性要求。當(dāng)負(fù)載電流在50μA到100mA之間跳變,且突變時間為300ns時,輸出下過沖為117.4mV,輸出上過沖僅為76mV,過沖恢復(fù)時間最長為703ns；當(dāng)負(fù)載電流在50μA到100mA之間變動,且突變時間為100ns時,輸出下過沖為147mV,輸出上過沖僅為91mV,過沖恢復(fù)時間最長為728ns,LDO的整體靜態(tài)電流小于180μA。本課題設(shè)計的LDO具有高精度、高電源抑制比和良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性,可應(yīng)用于小型、低速的SRAM等數(shù)字芯片的電源管理模塊當(dāng)中。
【關(guān)鍵詞】：SRAM 低壓差線性穩(wěn)壓器 高階曲率補(bǔ)償 預(yù)穩(wěn)壓電路 有源反饋補(bǔ)償 動態(tài)偏置
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333;TM44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計指標(biāo)13-14
• 1.3.1 研究內(nèi)容13
• 1.3.2 設(shè)計指標(biāo)13-14
• 1.4 論文組織14-15
• 第2章 低壓差線性穩(wěn)壓器簡介15-23
• 2.1 無片外補(bǔ)償電容LDO的結(jié)構(gòu)組成15-19
• 2.1.1 基準(zhǔn)電壓源15-18
• 2.1.2 誤差放大器18
• 2.1.3 功率管和反饋電阻18-19
• 2.2 無片外補(bǔ)償電容LDO的性能參數(shù)19-22
• 2.2.1 直流特性20-21
• 2.2.2 交流特性21-22
• 2.2.3 瞬態(tài)特性22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 低溫漂高電源抑制比基準(zhǔn)電壓源設(shè)計23-41
• 3.1 高階曲率補(bǔ)償原理23-26
• 3.1.1 幾種常用的曲率補(bǔ)償方法24-26
• 3.1.2 本文采用的補(bǔ)償方法26
• 3.2 啟動電路原理26-27
• 3.3 完整基準(zhǔn)電壓源電路設(shè)計與優(yōu)化27-36
• 3.3.1 基準(zhǔn)電壓源主體電路的設(shè)計與優(yōu)化28-32
• 3.3.2 其他子模塊的設(shè)計32-36
• 3.4 基準(zhǔn)電壓源的前仿真和分析36-40
• 3.4.1 直流特性仿真36-38
• 3.4.2 交流特性仿真38-39
• 3.4.3 瞬態(tài)特性仿真39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 LDO電路的設(shè)計41-71
• 4.1 無片外補(bǔ)償電容LDO的設(shè)計重點(diǎn)41-42
• 4.2 多級放大器的穩(wěn)定性分析42-51
• 4.2.1 嵌套式密勒補(bǔ)償45-47
• 4.2.2 阻尼系數(shù)控制補(bǔ)償47-49
• 4.2.3 有源反饋控制補(bǔ)償49-51
• 4.3 無片外電容LDO整體電路的設(shè)計與優(yōu)化51-56
• 4.4 無片外補(bǔ)償電容LDO的前仿真和分析56-69
• 4.4.1 直流特性仿真56-61
• 4.4.2 穩(wěn)定性仿真61-65
• 4.4.3 瞬態(tài)仿真65-69
• 4.5 本章小結(jié)69-71
• 第5章 版圖設(shè)計和后仿真71-97
• 5.1 版圖設(shè)計的注意事項71-74
• 5.1.1 版圖設(shè)計規(guī)則71-72
• 5.1.2 電路功能和電流密度72
• 5.1.3 版圖的匹配72-73
• 5.1.4 寄生效應(yīng)73-74
• 5.1.5 其他二級效應(yīng)74
• 5.2 LDO的版圖設(shè)計與實現(xiàn)74-79
• 5.2.1 基準(zhǔn)電壓源版圖設(shè)計75-77
• 5.2.2 啟動電路版圖設(shè)計77
• 5.2.3 誤差放大器和功率級設(shè)計77-79
• 5.3 LDO的后仿真與分析79-95
• 5.3.1 直流特性仿真79-85
• 5.3.2 電源抑制比仿真85-87
• 5.3.3 瞬態(tài)仿真87-95
• 5.4 本章小結(jié)95-97
• 第6章 總結(jié)和展望97-99
• 6.1 總結(jié)97
• 6.2 展望97-99
• 參考文獻(xiàn)99-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文101-103
• 致謝103

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本文編號：905664