自适应零点补偿的低压降电源调整器的设计

论文摘要

高电源效率、高电源电压抑制比、高精度、输出负载工作范围广等高性能的低压降电压调整器(LDO)的设计与实现是本论文的核心。本文以介绍最新的文献提出的几种LDO及其补偿方式为切入点,分析其优缺点后,提出本文的核心思想,自适应的零点补偿方式,用可变电阻实现的nulling resistor的两级放大器作为LDO中的误差比较电路,大大提高了LDO的各项性能指标。在LDO的主电路的设计和辅助电路的设计中,都考虑了低电流的设计以提高系统电源效率。设计了低温度系数的带隙基准、电流偏置电路提供芯片与温度和电源电压无关的低温度系数的电压电流偏置。另外考虑到芯片工作的可靠性和稳定性,增加了过流保护电路、过温保护电路等。在前仿真方面,详细仿真了在各种负载的条件下LDO主电路的开环AC特性、瞬态特性等。辅助电路也进行了详细的仿真,确定了正确的功能,对于形成环路的电路进行开环AC分析以确定系统的稳定性。LDO在hynix 0.5um 2P3M(双层多晶硅三层金属)混合信号CMOS工艺流片。测试结果显示了良好的性能,高的精度、高的PSRR、比较小的Line regulation、Load regulation、低的静态工作电流等,并且和最新几篇文献中罗列的性能指标进行比较,在各项指标上都比较突出,各项指标的折衷也比较好。本文提出的自适应的零点补偿的思想得到了验证,在改善各项性能指标上是有优势的。而且本设计采用的电路也是非常实用的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.前言
• 1.1 LDO的应用
• 1.2 LDO的结构
• 1.3 LDO的性能指标
• 1.3.1 效率
• 1.3.2 Load Regulation
• 1.3.3 Line Regulation
• 1.3.4 PSRR
• 1.3.5 瞬态响应
• 1.3.6 频率响应
• 1.3.7 精度
• 1.4 设计指标
• 1.5 本文的安排
• 2.多级放大器与LDO的设计
• 2.1 多级放大器的设计
• 2.2 几种LDO的结构
• 3.LDO的电路的设计与仿真结果
• 3.1 LDO设计的难点
• 3.2 自适应零点补偿
• 3.3 LDO主电路的设计
• 3.3.1 误差比较器的设计
• 3.3.2 电阻反馈网络的设计
• 3.3.3 PMOS输出级与可变电阻和可变电流的设计
• 3.3.3.1 可变电阻的设计
• 3.3.3.2 可变电流的设计
• 3.4 LDO主电路的仿真
• 3.4.1 AC特性
• 3.4.2 LDO的Load regulation
• 3.4.3 LDO的Line regulation
• 3.5 辅助电路的设计
• 3.5.1 带隙基准的设计
• 3.5.1.1 带隙基准主电路的设计
• 3.5.1.2 两级运放的设计
• 3.5.2 带隙基准的开环的AC特性的仿真
• 3.5.3 过流保护电路的设计
• 3.5.4 电流偏置电路的设计
• 3.6 过温保护电路的设计
• 4 LDO的版图设计
• 4.1 核心电路的版图
• 4.1.1 Poly-poly电容
• 4.1.2 Poly电阻
• 4.1.3 功率管
• 4.1.4 误差比较器
• 4.1.5 分压电阻反馈网络
• 4.2 辅助电路的版图设计
• 4.2.1 带隙基准和电流偏置电路版图
• 5.LDO的测试结果
• 5.1 PSRR测试结果
• 5.2 Load regulation的测试
• 6 总结
• 参考文献
• 致谢