高性能LDO线性稳压器的设计

论文摘要

随着信息时代的来临,电源管理技术变得越来越重要。在众多的电源管理技术中,LDO因为其小面积、高电源抑制比、微功耗、低噪声以及外围电路简单等优点,倍受人们关注。此外,LDO还具有较好的线性瞬态响应和负载瞬态响应特性,这使得它更加适用于便携式电子产品中,诸如PDA、MP3播放器、数码相机、无线电话等。但是,我国的电源管理芯片市场大部分被外国产品占据,因此研究开发具有自主知识产权的LDO具有重要的意义。本文基于CSMC 0.5μm BiCMOS工艺,设计了一款新型的输出电压可调的LDO线性稳压器,典型的输出电压有1.5V、1.6V、1.25V、1.85V、2.85V、3.2V、3.3V。所设计的LDO线性稳压器具有较宽的输入电压范围(2.2V～5.5V);极低的漏失电压,当负载电流为500mA时仅为250mV;超高的电源抑制比和较低的静态电流,典型值低达25μA,可以进一步延长电池的使用寿命。优异的性能非常适用于苛刻条件下的便携式电子产品。文中详细介绍了LDO线性稳压器的电路结构及其工作原理,给出了主要子模块电路的设计方案。此外,为了保证芯片工作时的安全,还设计了过温保护电路和限流保护电路。系统的稳定性问题是LDO线性稳压器设计的一个难点,传统的LDO依靠外部负载电容及其等效串联电阻稳定的工作,本设计也不例外。最后,利用Hspice等EDA软件对芯片的各个子模块和整体电路进行了仿真验证。仿真结果表明,各子模块的电气特性参数均达到了设计指标的要求,系统整体性能也比较优异。所设计LDO线性稳压器的版图面积为630μm×638μm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电源管理IC的发展概况
• 1.2 LDO线性稳压器概述
• 1.3 本文的工作
• 2 LDO的基本原理及相关性能分析
• 2.1 LDO的基本工作原理
• 2.2 LDO的主要性能参数
• 2.3 LDO的关键性能设计
• 2.3.1 LDO系统的稳定性分析
• 2.3.2 LDO的输出精度分析
• 3 高性能LDO芯片的整体架构及关键模块的设计
• 3.1 芯片的整体设计
• 3.2 使能控制模块的设计与仿真
• 3.2.1 电路的具体结构设计
• 3.2.2 电路的仿真验证
• 3.3 基准电压模块的设计与仿真
• 3.3.1 电路的具体结构设计
• 3.3.2 电路的仿真验证
• 3.4 偏置电压模块的设计与仿真
• 3.4.1 电路的具体结构设计
• 3.4.2 电路的仿真验证
• 3.5 误差放大器的设计与仿真
• 3.5.1 电路的具体结构设计
• 3.5.2 电路的仿真验证
• 3.6 过温保护模块的设计与仿真
• 3.6.1 电路的具体结构设计
• 3.6.2 电路的仿真验证
• 3.7 限流保护模块的设计与仿真
• 3.7.1 电路的具体结构设计
• 3.7.2 电路的仿真验证
• 3.8 导通器件与反馈回路的设计
• 3.8.1 电路的具体结构设计
• 4 LDO线性稳压器的整体仿真
• 4.1 电源上电过程
• 4.2 使能控制过程
• 4.3 漏失电压（Dropout Voltage）
• 4.4 负载调整率
• 4.5 线性调整率
• 4.6 芯片的软启动
• 4.7 LDO线性稳压器的电气特性
• 5 LDO芯片的整体版图设计
• 5.1 版图设计的基本流程
• 5.2 基本器件的版图设计
• 5.3 LDO芯片的整体版图
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢