低压无片外电容的LDO稳压器设计

论文摘要

近几年随着便携式电子产品普及,电源管理也逐渐引起人们的重视。低压差线性稳压器(LDO:Low Dropout Linear Regulator)以其结构简单、占用芯片面积小和输出噪声低等优点被广泛应用于便携式电子产品中。传统的LDO线性稳压器借助于片外大电容补偿电路和改善瞬态响应性能,该电容在微法数量级,不适合集成在芯片上。如果LDO输出端不接此片外电容,电路的补偿和瞬态响应性能的提高成为LDO设计的难点。随着SOC的快速发展,无片外电容的LDO将会成为LDO设计的主要研究方向。首先本文介绍了LDO稳压器的拓扑结构和工作原理,并详细论述了目前两种典型的内补偿方法：压控电流源补偿和零极点对补偿。其次设计了一种双电容补偿LDO稳压器的方法,补偿电容非常小,不到一个皮法。并且采用一种高性能运放来加快环路响应速度,从而提高瞬态响应性能和降低输出波纹。最后设计了偏置电路(电流源和电压源)和保护电路(过流保护和过热保护),并且对整体性能进行了仿真,各指标均满足设计要求。芯片采用TSMC 0.18μm MM/RF 1P6M 1.8V/3.3V工艺,仿真工具为Cadence的Spectre,输入电压范围为1.4V～4V, LDO的输出电压为1.2V,最大输出电流为100mA。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 低压差线性稳压器（LDO）概述
• 1.2.1 LDO简介
• 1.2.2 LDO分类
• 1.2.3 LDO的应用
• 1.3 本文的主要工作
• 2 LDO的基本原理及性能参数
• 2.1 LDO的核心电路构成
• 2.2 工作原理
• 2.3 设计参数
• 2.3.1 最小压降（Dropout Voltage）
• 2.3.2 静态电流
• 2.3.3 效率
• 2.3.4 线性调整率
• 2.3.5 负载调整率
• 2.3.6 负载瞬态响应
• 2.3.7 电源抑制比（PSRR）
• 3 稳定性分析与频率补偿
• 3.1 稳定性理论
• 3.2 LDO补偿原理
• 3.2.1 LDO的稳定性分析
• 3.2.2 典型补偿方法
• 3.3 本文设计的补偿方法
• 4 各模块的设计与仿真
• 4.1 基准电流源
• 4.1.1 基准电流源的基本原理
• 4.1.2 基准电流源电路的设计与仿真
• 4.2. 基准电压源
• 4.2.1 带隙基准电压源的基本原理
• 4.2.2 低压基准电压源思想
• 4.2.3 低压基准电压源的设计和仿真
• 4.3 误差放大器
• 4.3.1 误差放大器设计
• 4.3.2 交流仿真
• 4.4 过热保护电路
• 4.4.1 功能概述
• 4.4.2 原理分析
• 4.4.3 过热保护电路设计及仿真
• 4.5 过流保护电路
• 4.5.1 功能概述
• 4.5.2 原理分析
• 4.5.3 过流保护电路的设计与仿真
• 5 整体电路的仿真和分析
• 5.1 直流特性仿真
• 5.1.1 压差仿真
• 5.1.2 线性调整率仿真
• 5.1.3 负载调整率仿真
• 5.1.4 静态功耗仿真
• 5.1.5 温度特性仿真
• 5.2 交流特性仿真
• 5.2.1 电源抑制比仿真
• 5.2.2 噪声仿真
• 5.3 瞬态特性仿真
• 5.3.1 负载瞬态响应仿真
• 5.3.2 电源瞬态仿真
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论文