基于斩波技术的LDO设计

论文摘要

LDO（Low Dropout Regulator）即低压差线性稳压器。之所以称之为线性,是因为通过使其中的功率管工作在线性区,来达到稳压的目的。LDO作为稳压器,它属于电源管理芯片中的一种。现今的电子设备,无论是手机还是电脑,无论是微处理器芯片还是其它集成电路芯片系统,都离不开电源,也就离不开电源管理芯片。为了使电源得到充分的利用,就需要高效的电源管理。本文正是在这样的背景下,为了给某款FT-DSP芯片的某些模块供电而设计了一个LDO。本文采用0.13um CMOS工艺,后仿结果显示,该芯片功能正确,性能良好,满足实际应用的需要。本文的主要工作如下:第一,本文首先对电源进行了分类,并对每一种分类给出相关定义。明确了LDO在电源管理芯片分类中的位置。在阅读大量文献的基础上,总结出了现今LDO的发展趋势。第二,详细分析了LDO的基本工作原理,并对LDO电路的动态调节过程进行了详尽的分析。对LDO的性能指标进行了详细的定义。第三,本文着重设计了LDO关键模块中的带隙基准源。首先分析了传统带隙基准的不足,针对不足本文从三方面改进设计:一,使带隙基准的输出电压降低,远离硅的能隙电压;二,进行温度的二次补偿,改善传统带隙基准只在某一点温度系数为0的缺陷,使温度系数更低;三,加入斩波调制模块使电源噪声抑制性能更佳,放大器的失调电压更低,这样进一步使整个LDO的温度系数更低。仿真结果表明本文设计的带隙基准达到了改善传统带隙基准三方面不足的目的。第四,本文作者补偿了LDO电路的稳定性,并设计了整体LDO的版图,最后进行版图级后仿真,结果表明达到预期指标。总结全文,本文的主要创新点在于将斩波调制模块引进LDO。斩波调制模块的加入,使LDO的温度系数进一步降低。斩波调制模块对温度系数的影响主要是降低放大器的失调电压,从而达到降低温度系数目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电源分类及LDO发展趋势
• 1.3 本文主要工作与章节安排
• 第二章 LDO的基本原理与指标
• 2.1 LDO的基本工作原理
• 2.2 LDO的性能指标
• 2.3 本文LDO设计需求分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 LDO带隙基准电路的设计与仿真
• 3.1 传统带隙基准电压源
• 3.1.1 带隙基准的基本原理
• 3.1.2 带隙基准的主要性能参数
• 3.1.3 传统的带隙基准的缺点
• 3.2 本文带隙基准源的设计
• 3.2.1 带隙基准输出电压的降低
• 3.2.2 带隙基准的二次补偿
• 3.2.3 带斩波调制的带隙基准源的设计
• 3.3 本文带隙基准与传统带隙基准仿真结果对比分析
• 3.3.1 输出电压及温度系数的对比分析
• 3.3.2 本文带隙基准其它参数的仿真
• 3.4 本章总结
• 第四章 LDO其它关键模块的设计
• 4.1 误差放大器的设计
• 4.1.1 误差放大器的结构
• 4.1.2 误差放大器的主要性能参数
• 4.1.3 本文设计的误差放大器
• 4.1.4 仿真结果与分析
• 4.2 功率调整管的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 LDO稳定性的考虑
• 5.1 负反馈系统的稳定性判定
• 5.2 基本LDO系统的稳定性分析
• 5.3 本文所采取的补偿方法
• 第六章 LDO版图设计
• 6.1 版图中常见器件的设计
• 6.1.1 版图中的电阻
• 6.1.2 版图中的电容
• 6.1.3 版图中的双极晶体管与MOS管
• 6.2 版图设计中的常见效应
• 6.2.1 天线效应
• 6.2.2 闩锁效应
• 6.3 器件的匹配性与匹配规则
• 6.3.1 电阻、电容的匹配
• 6.3.3 晶体管、MOS管的匹配规则
• 6.4 LDO的整体版图
• 第七章 LDO整体电路性能分析与仿真
• 7.1 DC特性
• 7.1.1 线性调整率与压降的仿真结果
• 7.1.2 负载调整率与最大输出电流的仿真结果
• 7.1.3 温度特性仿真结果
• 7.1.4 静态电流仿真结果
• 7.2 AC特性
• 7.3 瞬态特性
• 7.4 LDO整体仿真结果总结
• 7.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果