低功耗高稳定性LDO的研究与设计

论文摘要

随着电子类产品的不断发展进步,电源管理技术在各种电子系统中得到了广泛应用。作为电源管理类芯片中常见的一种稳压电源,低压差（LDO,LowDrop-Out）线性稳压器具有高调整率,小输出纹波,低输出噪声等特点,在手机、音频设备、蓝牙器件、无线网络以及PDA（个人数字助理）等领域均有广泛应用。随着电路集成度的不断增加,可移动设备产量的不断上升,目前,低压差线性稳压器的设计主要朝大负载应用、低功耗、高效率、高稳定性要求等方向发展。本文首先对低压差线性稳压器系统拓扑进行了研究分析,并对系统实现中的关键技术进行了介绍。此外,为了完善整体功能,系统还引入了部分模块给LDO芯片提供使能控制和保护功能,其中包括欠压锁定,过流限制,过温保护,基准电压的低通滤波,以及快速启动等模块。随后,本文阐述了各模块电路级的具体实现。在研究了一些模块各常见结构优缺点的基础上,对不足之处进行了比较分析,提出了各模块的改进方法,并综合各结构的优点,最终给出了本文设计所采用的具体电路结构。其中,着重介绍的模块主要有误差放大器,带隙基准电压源,限流保护电路,过温保护电路,用于改善输出电压瞬态响应的相关电路以及系统补偿电路等。本次设计在1.5μm BCD（双极型-CMOS-DMOS）工艺下,采用Cadence公司的SpecieS软件对系统和模块进行设计和研究。仿真所得,系统的工作电流为69μA,电源抑制为53dB,在200mA负载电流时的输入输出电压差为200mV,负载电容为2.2μF时系统从轻负载到满负载范围内都能稳定工作。仿真结果表明,本文设计的低压差线性稳压器不但具有低功耗,高电源抑制（PSR,PowerSupply Rejection）,低输出噪声等特点,同时亦具备启动速度快,负载调整率高,输入输出电压差低,高稳定性等性能,完全符合预期的设计目标,具有良好的整体性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表格目录
• 第1章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 发展现状
• 1.3 研究动机和意义
• 1.4 本文的主要内容简介
• 第2章 LDO的基本原理和主要性能指标
• 2.1 基本工作原理
• 2.2 LDO系统的性能指标
• 第3章 LDO的系统设计
• 3.1 系统设计目标
• 3.1.1 设计目标
• 3.1.2 性能间的权衡
• 3.2 系统拓扑结构
• 3.3 系统实现的关键技术
• 3.3.3 电源抑制
• 3.3.4 低温漂
• 3.3.5 瞬态响应
• 3.3.6 系统稳定性补偿
• 3.4 完善系统引入的其他功能模块
• 3.4.1 欠压锁定（Under Voltage Lock-Out，UVLO）
• 3.4.2 限流保护
• 3.4.3 过温保护（Over Temperature Protection，OTP）
• 3.4.4 基准电压的低通滤波
• 3.4.5 快速启动（Quick Start）
• 第4章 LDO的主要功能模块的研究与设计
• 4.1 误差放大器（Error Amplifier）
• 4.1.1 误差放大器的拓扑
• 4.1.2 跨导放大器的电路设计
• 4.1.3 缓冲器的设计
• 4.1.4 改善电源抑制（Power Supply Rejection）的设计
• 4.1.5 提高系统Slew Rate的设计
• 4.1.6 误差放大器的仿真结果
• 4.2 带隙基准电压（Bandgap）
• 4.2.1 零温度系数的基准电压源
• 4.2.2 负反馈环路
• 4.2.3 电流偏置
• 4.2.4 启动电路
• 4.2.5 使能电路
• 4.2.6 带隙基准电压的仿真结果
• 4.3 限流保护
• 4.3.1 电流检测
• 4.3.2 比较器
• 4.3.3 输出缓冲器
• 4.4 欠压锁定（Under Voltage Lock-Out，UVLO）
• 4.4.1 电源电压检测
• 4.4.2 比较器
• 4.4.3 仿真波形
• 4.5 过温保护
• 4.5.1 温度检测
• 4.5.2 比较放大
• 4.5.3 使能电路
• 4.5.4 仿真波形
• 4.6 瞬态响应帮助电路
• 4.6.1 快速限制调整管栅极电压
• 4.6.2 引入负载电容放电通路
• 4.7 系统稳定性补偿
• 4.7.1 补偿电路设计
• 4.7.2 仿真结果
• 第5章 系统仿真验证
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表或录用的学术论文
• 致谢