输出可调、高精度LDO线性稳压器的设计

论文摘要

电源管理芯片具有高集成度、高性价比、能够构成高效率电源等优点。而目前,电源管理类芯片的大部分市场都被国外的产品所占据,因此开发国内的电源管理类集成电路具有很重要的意义。本文设计了一款低压差(LDO)线性稳压器,其输入电压范围宽(2.5V～6V),该LDO可以输出多种可调电压,而且输出电压精度高。首先从LDO的基本工作原理着手,对LDO线性稳压器的各种指标进行研究分析；其次对LDO芯片电路的整体框架和一些重要的子模块进行研究,例如带隙基准源模块以及偏置电路模块、误差放大器、过温保护电路模块、过流保护短路保护电路模块等；在完成基本的电路功能设计后,论文基于HHNEC0.35umBCD工艺在Cadence和Hspice仿真平台上对各个子模块进行了仿真验证,在不同电源电压、不同温度、不同模型下对整体系统框架都进行了仿真验证；结果表明：该LDO芯片输出电压精度高,线性稳压器性能好,具有很好的线性调整率和负载调整率,线性调整率的典型值为0.002%/V,负载调整率的典型值为0.02%/A。该芯片的最大输出电流为300mA,在典型情况下的压降Vdropout为95mV。在电路的设计和仿真完成之后,对LDO线性稳压器进行了物理版图的设计,所设计的版图通过了设计规则验证(DRC)、电气规则验证(ERC)及版图与电路图的对比验证(LVS)。对芯片进行的前仿真和后仿真验证,增强了设计的可靠性以及流片的成功率。仿真的各个数据都满足预设的指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电源管理芯片的研究背景及意义
• 1.2 LDO线性稳压器的研究现状和意义
• 1.3 本文主要工作和章节安排
• 第二章 LDO线性稳压器的简介
• 2.1 线性稳压器的工作原理
• 2.2 线性稳压器的基本参数
• 2.3 LDO的稳定性分析
• 2.4 LDO的应用简介
• 第三章 LDO系统级的设计
• 3.1 LDO芯片的设计指标要求
• 3.2 LDO线性稳压器系统设计和工作原理
• 3.2.1 各子模块的工作原理
• 3.2.2 LDO线性稳压器系统工作原理
• 第四章 LDO线性稳压器功能模块的设计
• 4.1 带隙基准电压源模块
• 4.1.1 带隙基准电压源的基本原理
• 4.1.2 基准电压源的电路设计与实现
• 4.1.3 仿真结果与验证
• 4.1.4 输出可调电路设计与实现
• 4.2 误差放大器模块
• 4.2.1 误差放大器电路设计
• 4.2.2 误差放大器电路模块的仿真
• 4.3 过温保护电路模块设计
• 4.3.1 过温保护电路基本构架原理分析
• 4.3.2 过温保护电路模块的仿真
• 4.4 过流保护电路和短路保护电路模块设计
• 4.4.1 过流保护和短路保护电路基本构架原理分析
• 4.4.2 过流和短路保护电路模块的仿真
• 第五章 LDO芯片整体仿真分析与版图设计
• 5.1 LDO芯片直流特性仿真与分析
• 5.1.1 静态电流
• 5.1.2 漏失电压
• 5.1.3 线性调整率
• 5.1.4 负载调整率
• 5.2 LDO芯片交流特性仿真与分析
• 5.2.1 LDO的环路稳定特性
• 5.2.2 LDO的PSRR特性
• 5.3 LDO芯片瞬态特性仿真与分析
• 5.3.1 LDO的线性瞬态响应
• 5.3.2 LDO的负载瞬态响应
• 5.5 LDO线性稳压器的版图设计
• 5.5.1 版图设计概述
• 5.5.2 版图设计考虑因素
• 5.5.3 LDO整体版图的设计
• 5.5.4 版图验证
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术成果
• 致谢