發(fā)布時間：2017-10-15 00:39

  本文關(guān)鍵詞：一種低功耗高穩(wěn)定性LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計

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【摘要】：近年來,隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,手機、平板電腦(PAD)、數(shù)碼相機等便攜式消費類電子產(chǎn)品得到了很大的普及和發(fā)展。然而,無論哪種電子產(chǎn)品,都面臨著一個問題,即如何高效的實現(xiàn)電源管理來延長使用壽命和提升性能。因此這便對電源管理芯片提出了更高的要求,如何設(shè)計低功耗、低成本、高性能的電源管理芯片也成了行業(yè)研究熱點。LDO線性穩(wěn)壓器作為最常用的電源管理芯片與其他產(chǎn)品相比具有諸多優(yōu)點,比如靜態(tài)功耗低、噪聲小、成本低�；谶@些優(yōu)點LDO線性穩(wěn)壓器廣泛應(yīng)用于各類消費類電子產(chǎn)品以及工業(yè)領(lǐng)域中。本文設(shè)計了一款應(yīng)用于微控制器(MCU)電源管理單元的LDO線性穩(wěn)壓器,滿足其低功耗的應(yīng)用。該LDO主要包括基準電路模塊、誤差放大器、功率管、以及反饋回路,并添加了過流保護模塊作為輔助電路能夠其在負載電流過大時保護芯片。整個設(shè)計為滿足低功耗要求對電路模塊進行了優(yōu)化,并通過對LDO頻率補償方法的分析和研究使整個回路保證高穩(wěn)定性工作。最后完成版圖的設(shè)計。本文的設(shè)計基于GSMC的0.13μm LP工藝,能在寬的電壓范圍內(nèi)(2.7V~5.5V)正常工作,穩(wěn)定輸出1.5V給其他模擬數(shù)字模塊供電,提供的最大負載電流為200m A。通過Cadence Spectre軟件仿真得到在正常工作下整個模塊(包括基準電路)的靜態(tài)功耗低于15μA,在整個負載范圍內(nèi)都能穩(wěn)定工作,相位裕度大于60°。輸出電壓1.5V,溫度系數(shù)20ppm/℃,并通過微調(diào)信號消除失調(diào)電壓影響,提高精度。在0.1μF的片外電容下從空載到滿載瞬態(tài)變化時輸出變化小于100m V。并通過進行PVT驗證了各重要指標。前后仿的結(jié)果表明,電路性能符合設(shè)計指標。對流片后的芯片初步測試結(jié)果表明,LDO整體的性能良好。
【關(guān)鍵詞】：LDO 低功耗 高穩(wěn)定性 頻率補償
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 電源管理IC研究背景9-10
• 1.2 電源管理芯片的分類和比較10-11
• 1.3 LDO發(fā)展趨勢11-12
• 1.4 本文的研究意義12
• 1.5 本文所做工作以及結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第二章 LDO原理及參數(shù)概述14-25
• 2.1 LDO的基本結(jié)構(gòu)14-15
• 2.2 LDO的工作原理15-16
• 2.3 LDO的參數(shù)指標16-24
• 2.3.1 輸出電壓與Dropout電壓17
• 2.3.2 靜態(tài)電流與效率17-18
• 2.3.3 負載調(diào)整率18-19
• 2.3.4 線性調(diào)整率19-20
• 2.3.5 電源抑制比20
• 2.3.6 輸出噪聲電壓20
• 2.3.7 溫度特性與精度20-21
• 2.3.8 負載瞬態(tài)響應(yīng)21-24
• 本章小結(jié)24-25
• 第三章 LDO關(guān)鍵性能分析及模塊設(shè)計考慮25-48
• 3.1 功耗分析25-26
• 3.2 穩(wěn)定性分析26-38
• 3.2.1 LDO小信號模型分析26-29
• 3.2.2 LDO頻率補償方法29-38
• 3.3 LDO各模塊設(shè)計考慮38-44
• 3.3.1 功率管的設(shè)計考慮38-40
• 3.3.2 基準電壓模塊的設(shè)計考慮40-41
• 3.3.3 誤差放大器的設(shè)計考慮41-43
• 3.3.4 反饋及修調(diào)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計考慮43
• 3.3.5 輸出電容的選擇考慮43-44
• 3.3.6 輔助電路設(shè)計考慮44
• 3.4 本文設(shè)計框架和補償方案44-47
• 本章小結(jié)47-48
• 第四章 LDO電路設(shè)計及仿真48-77
• 4.1 基準電壓源模塊設(shè)計與仿真48-60
• 4.1.1 基準電壓源原理介紹49-50
• 4.1.2 基準電壓源電路設(shè)計50-56
• 4.1.3 基準電壓源性能仿真56-60
• 4.2 誤差放大器和功率管的設(shè)計與仿真60-65
• 4.2.1 誤差放大器的設(shè)計61-63
• 4.2.2 功率管的設(shè)計63-64
• 4.2.3 誤差放大器和功率管仿真64-65
• 4.3 輔助電路的設(shè)計和仿真65-68
• 4.3.1 限流電路的設(shè)計和仿真65-67
• 4.3.2 關(guān)斷電路的設(shè)計和仿真67-68
• 4.4 LDO系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和仿真68-76
• 4.4.1 LDO直流特性的仿真70-72
• 4.4.2 LDO交流特性的仿真72-74
• 4.4.3 LDO瞬態(tài)特性的仿真74-76
• 本章小結(jié)76-77
• 第五章 LDO版圖設(shè)計與芯片測試77-86
• 5.1 版圖設(shè)計一般流程77-78
• 5.2 版圖設(shè)計注意事項78-81
• 5.3 本文的LDO版圖81-82
• 5.4 芯片初步測試82-85
• 本章小結(jié)85-86
• 第六章 總結(jié)86-87
• 參考文獻87-90
• 致謝90-91

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 吳曉波;李凱;嚴曉浪;;高性能低壓差線性穩(wěn)壓器的研究與設(shè)計[J];微電子學;2006年03期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 盧昌鵬;一種用于MCU的低功耗電源系統(tǒng)設(shè)計[D];復(fù)旦大學;2011年

2 范東風;高性能LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計[D];大連理工大學;2008年

3 胡淵;一種低功耗高穩(wěn)定性LDO線性穩(wěn)壓器的設(shè)計[D];華中科技大學;2007年

4 李中偉;LDO線性穩(wěn)壓器的研究與設(shè)計[D];西北大學;2009年

5 封魯平;一種大電流、高穩(wěn)定性的LDO線性穩(wěn)壓器的研究與設(shè)計[D];電子科技大學;2010年

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本文編號：1034121