低压差线性稳压器的研究与设计

论文摘要

低压差线性稳压器（low dropout regulator-LDO）具有低功耗、低噪声、高电源抑制比、输入输出响应快、外接电路简单、体积小、价格低廉等优点,被广泛应用于汽车电子产品、便携式电子设备、通讯设备、工业和医疗设备领域,具有广阔的市场前景。因此,开展本论文的研究具有重要意义。本文首先对低压差线性稳压器基本原理和拓扑结构进行了研究分析,并对系统实现中的关键技术进行了分析。此外,为了完善系统整体功能,还设计了过热保护和过流保护电路给LDO芯片提供保护功能。随后,本文设计了各模块电路,成功设计了误差放大器,带隙基准电压源,调整元件及采样电阻,过流保护电路和过热保护电路。本次设计在CSMC 0.5μm CMOS工艺下,采用Cadence公司的Spectre对系统和模块进行仿真。仿真结果表明在输入电压为2.67V5V时,稳定的输出电压为2.5V,最大输出电流为150mA,此时的漏失电压为170mV,静态电流约为55μA,电源抑制为66dB。此外,当工作温度超过117℃时电路自动开启过热保护,当输出电流大于200mA时开启过流保护,由此保证电路工作的安全性。该线性稳压器具有良好的整体性能。电路设计完成之后,采用Cadence的Virtuoso进行了版图设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 低压差线性稳压器应用领域
• 1.2 发展现状
• 1.2.1 线性稳压器分类
• 1.2.2 国内外LDO研究现状
• 1.3 本论文研究意义及内容安排
• 1.3.1 论文研究意义
• 1.3.3 论文内容安排
• 第二章 低压差线性稳压器系统设计
• 2.1 低压差线性稳压器工作原理
• 2.2 低压差线性稳压器系统结构
• 2.3 低压差线性稳压器主要性能指标
• 2.4 低压差线性稳压器关键性能分析
• 2.4.1 效率分析
• 2.4.2 精度分析
• 2.5 小结
• 第三章 低压差线性稳压器电路设计
• 3.1 误差放大器电路
• 3.1.1 误差放大器拓扑结构
• 3.1.2 误差放大器电路设计
• 3.2 带隙基准电压源
• 3.2.1 零温度系数基准电压源原理
• 3.2.3 本设计中的完整带隙基准电压源
• 3.3 调整元件及采样电阻设计
• 3.3.1 调整元件设计
• 3.3.2 采样电阻设计
• 3.4 过流保护模块
• 3.4.1 传统过流保护电路
• 3.4.2 本设计中的过流保护电路
• 3.5 过热保护电路
• 3.5.1 过热保护电路分析
• 3.5.2 本设计中的过热保护电路
• 3.6 系统稳定性分析
• 3.7 小结
• 第四章 低压差线性稳压器仿真分析
• 4.1 误差放大器仿真分析
• 4.2 带隙基准电压源仿真分析
• 4.3 过热保护电路仿真分析
• 4.4 系统性能仿真分析
• 4.4.1 漏失电压
• 4.4.2 静态电流
• 4.4.3 电源抑制比
• 4.4.4 负载调整率
• 4.4.5 线性调整率
• 4.4.6 系统稳定性
• 4.5 性能参数仿真结果总结
• 第五章 低压差线性稳压器版图设计
• 5.1 版图设计流程及工具
• 5.2 设计工艺及器件实现
• 5.3 低压差线性稳压器版图设计考虑
• 5.4 低压差线性稳压器整体版图设计
• 5.4.1 低压差线性稳压器版图布局
• 5.4.2 低压差线性稳压器整体版图
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果