低压差线性稳压器的设计

论文摘要

在现在的电子产品中电源管理电路的作用越来越重要。采用电池供电的便携式电子产品需要电源管理技术以延长电池的使用时间。大多数电子系统包含许多子系统,通常这些子系统工作在几个不同的电压下,这时就需要电源管理电路给不同工作电压的子系统提供不同的电压。低压差线性稳压器（low dropout voltage regulator简称LDO ）就是一种常用的电源管理电路,它可以提供高精度,低噪声的电压。但是传统的LDO需要一个外接电容（一般大小在几个微法）才可以保证电路的稳定工作,使用外接电容会增加芯片的引脚从而占用更大的芯片面积,所以不适合SOC（system on chip）设计。在对传统低压差线性稳压器的频率补偿和Ka Nang Leung的采用DFC（damping factor control）频率补偿的LDO进行分析研究的基础上。本文设计的LDO不需要外接电容,适合SOC设计,可以在0-50mA的负载条件下稳定的工作。工作电压1.2v到2v,输出电压1v,最大工作电流50mA,静态电流小于60uA,压降电压小于200mV。本文设计的LDO电路还包含带隙基准源,过温保护电路,限流电路,快速启动电路。设计中采用cadence的电路设计软件,用Hspice软件进行仿真分析,采用Hejian的0.18um工艺。分析结果显示本文的设计满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稳压电源的分类
• 1.2 LDO的定义
• 1.3 国内外LDO的研究现状
• 1.4 本文的主要工作及论文结构
• 第二章 低压差线性稳压器的基本原理
• 2.1 线性稳压器的定义
• 2.2 LDO的基本架构
• 2.3 LDO的工作原理
• 2.4 本文设计的LDO的基本模块
• 第三章 低压差线性稳压器的设计指标和典型应用
• 3.1 低压差线性稳压器（LDO）的主要设计指标
• 3.2 LDO的典型应用
• 第四章 电路设计
• 4.1 带隙基准源（bandgap）电路设计
• 4.1.1 带隙基准源的基本原理
• 4.1.2 传统带隙基准电压源主要电路架构
• 4.1.3 改进后的带隙基准电压源主要电路架构
• 4.1.4 运算放大器的架构设计
• 4.1.5 运放的输入失调电压
• 4.1.6 运放参数设计
• 4.1.7 运放失调对基准电压的影响
• 4.2 偏置电路和启动电路的设计
• 4.3 关断电路的设计
• 4.4 带隙基准源的整体电路
• 4.5 PMOS调整管的设计
• 4.6 线性稳压器的频率补偿
• 4.6.1 早期的采用三极管作调整管的线性稳压器
• 4.6.2 现在常用的以PMOS管作为调整管的线性稳压器
• 4.6.3 不需要外接电容的LDO的频率补偿
• 4.6.4 本文设计的不需要外接输出电容的LDO
• 4.6.5 对LDO反馈环路的稳定性进行仿真分析
• 4.7 过温保护电路
• 4.8 限流电路
• 4.9 比较器的设计
• 4.10 快速启动电路（FTO）的设计
• 第五章 版图设计
• 5.1 版图设计的关键因素
• 5.1.1 匹配设计
• 5.1.2 寄生优化设计
• 5.1.3 可靠性设计
• 5.1.4 参考源分布
• 5.2 ESD保护电路
• 5.3 本文设计的LDO的版图
• 第六章 LDO整体仿真分析
• 6.1 本文设计的LDO整体电路的电路图
• 6.2 对设计的电路进行具体的仿真分析
• 6.2.1 DC仿真分析
• 6.2.2 AC分析
• 6.2.3 Tran分析
• 6.3 本文设计的LDO电参数总结
• 第七章 总结
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果