低噪声LDO线性稳压器的设计

论文摘要

电源管理电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率电源等优点,具有广阔的市场前景。目前,电源管理集成电路市场大部分被国外产品占据,研究开发国内的电源管理电路产品,能夺回巨大的市场。因此,开展本项目的研究具有特别重要的意义。本文设计了一种低噪声LDO线性降压变换器,它采用0.5微米CMOS工艺设计,有较宽的输入电压范围(2.5V—6V),输出电压为1.8V,噪声输出小于30uV(rms)。该电路主要用作后级电路(如CPU、DSP等)的电源电压。另外,设计了过热保护电路和限流电路,保证电路安全工作。基于以上技术优势,该单片电源管理IC具有优越的高效率、低功耗的特点,同时外围电路简单,大大的降低了成本,同时系统对负载的调整能力很强,芯片能够在各种工作条件下稳定工作。在本文中,作者首先阐述了LDO线性降压变换器的基本原理,给出理论依据。然后根据功能需要进行了电路的总体结构设计。再对电路的所有子模块电路进行了详细分析,借助设计软件Cadence对子模块电路进行了完整的设计和模拟仿真,给出了合理的电路数据,各子模块电路的电特性参数均达到或优于设计所需指标。最后,对整体电路进行了联合仿真,模拟结果表明该电路完成了设计功能、达到了预先制定的设计指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 LDO线性稳压器概述
• 1.3 本文的研究的内容
• 1.4 本论文各部分安排:
• 第二章 LDO线性降压变换器的理论研究
• 2.1 LDO线性稳压器的结构和原理
• 2.1.1 线性稳压器的结构
• 2.1.2 线性稳压器的工作原理
• 2.1.3 调整元件的选择
• 2.2 低噪声特性的研究与实现
• 2.2.1 噪声特性的研究意义
• 2.2.2 噪声特性研究
• 2.2.3 CMOS工艺LDO稳压器的噪声特性研究
• 2.2.4.低噪声特性的实现
• 2.3 LDO线性稳压电源的性能参数
• 2.3.1 压降（Dropout Voltage） VDropout
• 2.3.2 静态电流Iq
• 2.3.3 效率η
• 2.3.4 负载调整能力（△VO/IO）
• 2.3.5 线性调整能力（△VO/VI）
• 2.3.6 负载瞬态响应
• 2.3.7 频率响应
• 2.3.8 精度（Accuracy）
• 第三章 带隙基准电压源的设计
• 3.1 带隙基准电压源的原理
• 3.1.1 与温度无关的基准
• 3.1.2 正负温度系数电压
• 3.1.3 带隙基准电路的结构
• 3.2 带隙基准电压源的设计
• 3.2.1 设计要求及原理
• 3.2.2 电路的实现
• 3.2.3 电路的仿真
• 第四章 误差放大模块的设计
• 4.1 误差放大模块的整体结构
• 4.2 误差放大器的基本结构
• 4.2.1 偏置电路
• 4.2.2 输入级
• 4.2.3 中间级
• 4.2.4 输出级
• 4.3 高增益放大器结构
• 4.3.1 高增益放大器结构
• 4.3.2 反馈网络对输入噪声的影响
• 4.4 调整管的设计
• 4.4.1 PMOS调整管的工作原理
• 4.4.2 调整管宽长比的设计
• 4.5 误差放大模块的设计
• 4.5.1 误差放大模块的电路的实现
• 4.5.2 放大器的仿真
• 第五章 保护模块
• 5.1 温度保护
• 5.1.1 温度保护的等效电路
• 5.1.2 温度保护模块仿真
• 5.2 过流保护
• 5.2.1 过流保护原理
• 5.2.2 电压比较器的设计
• 5.2.3 敏感电阻的选择
• 5.2.4 比较器的仿真
• 5.2.5 过流保护电路仿真
• 第六章 整体性能仿真
• 1.输出电压随输入电压的变化曲线
• 2.输出电压随温度变化的曲线
• 3.负载调整率
• 4.电源抑制比
• 5.噪声输出
• 第七章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 第八章 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表的论文