本文關(guān)鍵詞：低功耗高穩(wěn)定性無片外電容型CMOS LDO的研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著便攜式電子設(shè)備的盛行和普及,集成電路片上系統(tǒng)(System on Chip,簡寫為SoC)也日益發(fā)展,因此就要求更多的功能芯片能夠完全在片上集成,電源管理芯片當(dāng)然也不例外。作為電源管理芯片的必要組成模塊,傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器(Low-Dropout Regulator,簡寫為LDO)需要在輸出端掛接片外大電容,目的是保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,因此無片外電容LDO就面臨穩(wěn)定性的挑戰(zhàn),主要包括頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。秉承節(jié)約能源的基本發(fā)展原則,同時為了提高電池的使用壽命和電子設(shè)備的待機時間,LDO的功耗需要降低,因此低功耗高穩(wěn)定性無片外電容LDO成為發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的無片外電容LDO采用電阻網(wǎng)絡(luò)的方式進行反饋,這種結(jié)構(gòu)對誤差放大器的要求較高,且需要較大面積的電阻。本文采納了一種新型反饋形式即翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器結(jié)構(gòu)(Flipped Voltage Follwer,簡寫為FVF),其本質(zhì)是由單個晶體管進行反饋。這樣的LDO不僅結(jié)構(gòu)更簡單,還可以降低放大器的設(shè)計難度。本文對基本的基于FVF的LDO結(jié)構(gòu)進行改進,包括以下方面:首先通過采用增加一級放大器的方式提高環(huán)路增益,從而提高其調(diào)整性能,其次采用密勒補償方法進行頻率補償,最后采用動態(tài)偏置電路提高瞬態(tài)特性。最終設(shè)計出了一款低功耗高穩(wěn)定性無片外電容型CMOS LDO,可用于SoC系統(tǒng)中數(shù)字模塊的供電電源。該設(shè)計基于40 nm CMOS工藝,完成了電路仿真和版圖設(shè)計,結(jié)果如下:輸入電壓范圍為1.5 V到3.3 V,正常輸入電壓為1.8 V,輸出電壓為1.2 V,負載電流范圍為1 mA到50 mA,最小壓差為293 mV;負載調(diào)整率僅為0.173 ppm,線性調(diào)整率為0.134%,低頻下PSRR為60.4 dB,瞬態(tài)響應(yīng)的過沖電壓為91.24 mV,響應(yīng)時間最長為4.37μs;LDO核心電路功耗僅為16μA,反饋環(huán)路的相位裕度在所有負載電流范圍下最低為80°,所用電容約為40 pF,可在片上完全集成;所用的版圖面積為384μm×314μm。綜上所述,該設(shè)計具有低功耗高穩(wěn)定性無片外電容的特點,同時也滿足應(yīng)用要求。
【關(guān)鍵詞】：無片外電容LDO 低功耗 高穩(wěn)定性
【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】：TN47
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-13
• 1.1 研究背景及意義10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文的主要工作及論文結(jié)構(gòu)12-13
• 第二章 LDO基礎(chǔ)理論13-28
• 2.1 LDO的基本結(jié)構(gòu)與原理13-15
• 2.2 LDO性能參數(shù)15-24
• 2.2.1直流特性參數(shù)16-20
• 2.2.2 瞬態(tài)特性參數(shù)20-22
• 2.2.3 交流特性參數(shù)22-24
• 2.3 無片外電容LDO的系統(tǒng)分析24-27
• 2.3.1 瞬態(tài)響應(yīng)分析25
• 2.3.2 頻率響應(yīng)分析25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 基于FVF的無片外電容LDO設(shè)計28-40
• 3.1 LDO的應(yīng)用環(huán)境28
• 3.2 FVF-LDO的基本結(jié)構(gòu)28-29
• 3.3 FVF-LDO的改進方案29-34
• 3.3.1 調(diào)整性能改善29-30
• 3.3.2 頻率特性改善30-33
• 3.3.3 瞬態(tài)特性改善33-34
• 3.4 FVF-LDO的設(shè)計34-39
• 3.4.1 偏置電路設(shè)計34-38
• 3.4.2 主體LDO電路設(shè)計38-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第四章 電路仿真40-53
• 4.1 帶隙基準電路40-44
• 4.1.1 直流特性仿真40-41
• 4.1.2 瞬態(tài)特性仿真41-42
• 4.1.3 交流特性仿真42-43
• 4.1.4 仿真總結(jié)43-44
• 4.2 主體LDO電路44-52
• 4.2.1 直流特性仿真44-46
• 4.2.2 瞬態(tài)特性仿真46-49
• 4.2.3 交流特性仿真49-52
• 4.2.4 仿真總結(jié)52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第五章 電路版圖設(shè)計53-61
• 5.1 版圖簡介53-58
• 5.1.1 設(shè)計流程53
• 5.1.2 設(shè)計方法53-58
• 5.2 版圖實現(xiàn)58-60
• 5.2.1 注意事項58-59
• 5.2.2 版圖實現(xiàn)59-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第六章 結(jié)論61-62
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 后續(xù)工作61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-66

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本文編號：1015906