新型低功耗无片外电容LDO

论文摘要

低压差(Low Dropout,LDO)线性稳压器具有结构简单、低噪声、低功耗以及较小封装和较少的外围应用器件等突出优点,在便携式电子产品中得到广泛的应用。为了稳定输出电压值,传统的LDO通常需要巨大的负载电容,而负载电容无法集成在芯片内部,随着系统集成度的提高,减少片外元件的需求激发了人们研究无片外电容LDO的热情。因此,无片外电容的LDO开始成为LDO研究的最新热点。然而,由于无片外电容LDO的实现在稳定性和瞬态响应方面有着更高的要求,系统各种性能参数的折中更加具有挑战性。最突出的就是高速反应能力和功耗之间的折中。本文设计的LDO输出电压为3.3 V,最大输出电流为100 mA,工作电压可在3.5 V到5.5 V之间。系统采用误差放大器,微分器和大米勒电容组成并行控制环路,通过比例调节和微分调节结合的方式分别控制输出的稳态和瞬态误差。其中微分器电路在瞬间提供大的转换电流,克服了无片外电容的LDO在负载和电源电压变化时输出电压跳变过大的问题;同时这种结构对误差放大器的带宽和转换速率要求相对较低,系统的功耗大大降低。芯片采用CSMC公司0.5μm工艺模型设计并流片。测试结果表明,在5 V工作电压下,当负载电流从100 mA在1μs内下降到1 mA时,输出电压变化小于600 mV;同时整个电路的静态电流小于4.5μA。测试结果验证了电路设计的正确性。本文在第一章和第二章分别介绍了当今电源管理芯片市场的现状和LDO的一般结构;第三章讨论LDO中各个模块的设计;在前面三章的基础上,第四章进一步讨论了无片外电容LDO的各种结构的对比和设计的思路;第五章提出了本文提出的无片外电容LDO结构及其仿真测试结果;第六章给出了结论和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电源管理IC发展综述
• 1.2 常见电源IC
• 1.2.1 DC-DC产品应用现状及展望
• 1.2.2 LDO线性低压差稳压器
• 1.2.3 开关式DC/DC稳压器
• 1.2.4 电荷泵（Charge Pump）
• 1.2.5 线性稳压器与开关稳压器的比较
• 1.2.6 LDO的常见应用
• 1.2.7 LDO的性能分类
• 第2章 LDO的介绍和系统参数定义
• 2.1 直流特性
• out)和输出电压精度'>2.1.1 输出电压(V_out)和输出电压精度
• 2.1.2 最大负载电流
• 2.1.3 功耗和效率
• dropout)'>2.1.4 漏失电压(V_dropout)
• 2.2 瞬态特性
• 2.2.1 负载调整能力
• 2.3 交流特性
• 2.3.1 稳定性分析和频率补偿
• 2.3.2 电源抑制（PSR）
• 2.4 温度特性
• 第3章 LDO结构与子电路
• 3.1 LDO线性稳压器的系统结构
• 3.2 误差放大器的结构
• 3.3 启动电路（SOFT START）
• 3.3.1 典型的软启动电路的简单结构和工作过程
• 3.3.2 带有温度补偿的软启动电路的工作原理和设计
• 3.3.3 软启动电路的模拟和测试结果
• 3.4 带隙基准电压源BANDGAP
• 3.4.1 带隙基准电路基础
• 3.4.2 带隙基准电路设计与实现
• 3.5 电流偏置电路
• 3.5.1 CMOS BIAS电流的电路结构
• 3.5.2 工作在饱和区情况
• 3.5.3 工作在亚阈值区情况
• 3.6 温度保护电路
• 3.6.1 温度保护电路的工作原理图
• 3.6.2 温度保护电路的仿真结果
• 第4章 无片外电容的结构和设计
• 4.1 串行结构-缓冲级。
• 4.2 并行结构
• 4.2.1 混合模式
• 4.2.2 模拟模式
• 第5章 低功耗无片外电容LDO及其仿真测试结果
• 5.1 无片外电容LDO电路的实现
• 5.1.1 系统结构
• m1环路分析'>5.1.2 大米勒电容C_m1环路分析
• 5.1.3 微分器环路分析
• 5.1.4 误差放大器分析
• 5.1.5 瞬态响应分析
• 5.1.6 静态电流分配
• 5.1.7 电源抑制
• 5.1.8 其他仿真结果
• 5.2 测试结果
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 存在的问题及展望
• 参考文献:
• 在研期间科研成果
• 论文
• 参与项目
• 致谢