發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 11:10

【摘要】：隨著電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,集成電路的規(guī)模日益增加,電源管理技術(shù)的重要性在電子行業(yè)發(fā)展中成為一大焦點(diǎn)。低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)以自身的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、面積小、高電源抑制比和低功耗等,成為納米工藝VLSI供電的主要方式。目前,超大規(guī)模集成電路的電源配電網(wǎng)絡(luò)(PDN)處于分布式穩(wěn)壓器階段,LDO成為其核心電路,然而,隨著電路規(guī)模的越來(lái)越大,PDN網(wǎng)絡(luò)作為L(zhǎng)DO的負(fù)載,其變化對(duì)于LDO輸出的穩(wěn)定性有著非常大的影響,進(jìn)而影響整個(gè)電源管理網(wǎng)絡(luò)的可靠性。因此,在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí),保證快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)成為了LDO設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的具有快速響應(yīng)特性的LDO是基于分布式LDO的PDN可靠性研究國(guó)家部委項(xiàng)目背景。分析了LDO電路的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,設(shè)計(jì)了一個(gè)具有快速響應(yīng)特性的LDO電路,包括電壓基準(zhǔn)電路、誤差放大器電路、緩沖器瞬態(tài)增強(qiáng)電路、功率調(diào)整管以及反饋回路五個(gè)電路模塊,重點(diǎn)改進(jìn)了LDO系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性。在SMIC 65nm CMOS工藝下,通過(guò)仿真驗(yàn)證,設(shè)計(jì)的電路達(dá)到指標(biāo)要求。在LDO設(shè)計(jì)中采用了優(yōu)化的阻抗衰減緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)功率調(diào)整管。通過(guò)動(dòng)態(tài)偏置并聯(lián)反饋來(lái)降低輸出阻抗,增強(qiáng)對(duì)功率管柵極的驅(qū)動(dòng)能力,有效提高了LDO的瞬態(tài)特性。使用插入優(yōu)化的阻抗衰減緩沖器,將低頻極點(diǎn)分裂為兩個(gè)高頻極點(diǎn),簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的穩(wěn)定性補(bǔ)償方法,增強(qiáng)了LDO系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)采用電流緩沖器對(duì)LDO進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償,使電路在整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。本文設(shè)計(jì)的LDO增加了瞬態(tài)增強(qiáng)電路,對(duì)于輸出電壓的跳變通過(guò)瞬態(tài)增強(qiáng)電路對(duì)功率管柵極充電或者放電,使得輸出電壓快速穩(wěn)定下來(lái)。采用電流求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了參考電壓為0.8V的基準(zhǔn)電壓電路,并且增加了抑制電源噪聲電路,具有良好的溫度系數(shù)和較高的電源抑制比。采用折疊式共源共柵放大器對(duì)基準(zhǔn)電壓和采樣反饋電壓進(jìn)行壓差比較放大。此結(jié)構(gòu)的高增益特性有助于提高LDO的電源抑制比和負(fù)載調(diào)整率。最后對(duì)LDO系統(tǒng)進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。本文采用cadence工具對(duì)LDO進(jìn)行電路設(shè)計(jì),Spectre進(jìn)行電路模塊和系統(tǒng)的仿真,設(shè)計(jì)的LDO電路基于SMIC 65nm CMOS工藝設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的快速響應(yīng)的LDO電路輸入電壓為1.4V~1.8V,輸出電壓穩(wěn)定在1.2V,最大負(fù)載電流為100mA,最低壓差小于200mV。負(fù)載調(diào)整率約為0.0099mV/mA。當(dāng)負(fù)載電流100μA和100mA之間切換時(shí),輸出電壓過(guò)沖和下沖幅度在5mV以內(nèi),并且能夠在5μs以內(nèi)穩(wěn)定在0.34%的精度范圍,具有良好的瞬態(tài)特性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。
【圖文】：

在這一技術(shù)正在研發(fā)和增長(zhǎng)階段，還有很長(zhǎng)的路要走，并且無(wú)線充電可以擴(kuò)展在不同的領(lǐng)域，這將在不久的將來(lái)會(huì)流行在人們的生活中，而這些也僅僅是一個(gè)開(kāi)端。圖1.1 無(wú)線充電器系統(tǒng)：發(fā)送器和接收器方框圖現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備的更新速度越來(lái)越快，智能手機(jī)、平板進(jìn)入人們的生活，在消費(fèi)者中大大流行，代替了以前原先的老式按鍵機(jī)，而近幾年一代又一代的手機(jī)更新，原先的智能手機(jī)又慢慢被淘汰掉，不管是因?yàn)槔m(xù)航時(shí)間不長(zhǎng)、功能不夠?qū)嵱茫�是價(jià)格比較高、長(zhǎng)時(shí)應(yīng)用出現(xiàn)不流暢的問(wèn)題，這都被一代又一代新的智能機(jī)代替，不僅在性能、耐用方面有很大提升，而且在設(shè)計(jì)風(fēng)格方面也是一大特色。所以電子行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，稍有落后，就會(huì)被時(shí)代所淘汰。而隨著集成電路工藝的發(fā)展，電子芯片的更新速度被進(jìn)一步推進(jìn)，生產(chǎn)周期被大大縮短，性能好、便攜的電子設(shè)備最受人們的歡迎

壓具有很大影響，所以 LDO 就需要快速的響應(yīng)速度以滿足負(fù)載的跳變，也就是本文的主要課題。圖1.3 分布式 LDO 的電源配電網(wǎng)絡(luò)模型1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，LDO 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛、越來(lái)越成熟，各方面應(yīng)用的 LDO 層出不窮。國(guó)外有很多生產(chǎn)電源管理芯片的公司，，比如德州儀器（TI，2011 年收購(gòu)了國(guó)家半導(dǎo)體NS（National Semiconductor）、ON semi（安森美半導(dǎo)體）（收購(gòu)了 Fairchild （仙童半導(dǎo)體））、Infineon+IR（英飛凌于 2015 年收購(gòu)了國(guó)際整流器 IR）、Renesas+Intersil（瑞薩電子 2016 年收購(gòu)了 Intersil）、ADI+Linea（r亞德諾半導(dǎo)體于 2016 年收購(gòu)了 Linear）、Qualcomm+NXP+Freescale（2015 年 NXP 收購(gòu)了 Freescale，2016 年，高通又宣布收購(gòu) NXP）、ROHM（羅姆）、Maxim （美信）等等，這都是國(guó)外在電源管理芯片方面比較先進(jìn)的半導(dǎo)體公司。這些公司發(fā)展比較早
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN432

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 John C. Teel·Analog;了解線性穩(wěn)壓器的電源抑制比[J];電子設(shè)計(jì)應(yīng)用;2005年06期

2 秦國(guó)軒;黃治塬;靳萌萌;高靜;毛陸虹;;一種用于光電標(biāo)簽的高電源抑制比的低功耗無(wú)片外電容低壓差線性穩(wěn)壓器[J];南開(kāi)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年03期

3 龐英俊;崔椿洪;陳昊;;基于曲率補(bǔ)償技術(shù)的帶隙基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)[J];半導(dǎo)體技術(shù);2017年02期

4 胡偉;方玉明;吉新村;;一種帶分段曲率補(bǔ)償?shù)母唠娫匆种票鹊膸痘鶞?zhǔn)電壓源[J];湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2018年05期

5 潘雄;宋舒雯;張少博;王磊;宋凝芳;;光電探測(cè)組件電源抑制比測(cè)試方法[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2018年01期

6 沈曉峰;朱璨;徐鳴遠(yuǎn);張正平;;一種基于二階Σ-Δ調(diào)制的D類放大器的設(shè)計(jì)[J];微電子學(xué);2010年03期

7 龍芬;丁林;;改善放大器電路電源抑制比的方法[J];電子科技;2011年07期

8 張龍;來(lái)強(qiáng)濤;劉生有;郭桂良;戴宇杰;;一種全負(fù)載穩(wěn)定的高PSRR LDO的設(shè)計(jì)[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2017年02期

9 ;電源[J];今日電子;2012年01期

10 冉波;聶海;毛q;;一種高階溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)[J];無(wú)線互聯(lián)科技;2018年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 高國(guó)清;馮勇建;;一種低壓高精度的CMOS帶隙基準(zhǔn)電壓源[A];中國(guó)微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)論文集（一）[C];2005年

2 劉云高;王海時(shí);;一種用于數(shù)模混合集成電路的內(nèi)部電源[A];四川省電子學(xué)會(huì)半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會(huì)2006年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 秦風(fēng);認(rèn)識(shí)與應(yīng)用退耦電容[N];電子報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 徐衛(wèi)林;無(wú)線射頻通信片上系統(tǒng)的壓控振蕩器與電源管理的研究[D];武漢大學(xué);2011年

2 于奇;CCD高清圖像處理模擬前端關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 何金;基于65nm CMOS工藝快速瞬態(tài)響應(yīng)LDO的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2018年

2 張萬(wàn)東;高電源抑制比和高精度基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D];電子科技大學(xué);2011年

3 王磊;一種高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2011年

4 戚穎;低壓帶隙基準(zhǔn)電路[D];安徽大學(xué);2015年

5 喬仕超;低壓差線性穩(wěn)壓器的研究與設(shè)計(jì)[D];遼寧大學(xué);2011年

6 唐杰;基于TSMC 0.18um工藝的低壓差線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)[D];廣東工業(yè)大學(xué);2017年

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

8 劉宇;一種改進(jìn)的亞閾型CMOS基準(zhǔn)電壓源[D];西南交通大學(xué);2011年

9 王伊南;基于0.18μm CMOS工藝的低靜態(tài)電流LDO設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

10 孫國(guó)棟;高性能低壓差線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)與分析[D];哈爾濱理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2617832