无电容型LDO的稳定性与频率补偿方法

论文摘要

本文研究了适合于SoC应用的无电容型LDO的稳定性及其频率补偿方法。通过对采用片外电容补偿的传统LDO和无任何补偿的LDO基本电路结构的零极点分布和稳定性分析,提出了无电容型LDO的基本补偿方法,重点对DFC(Damping Factor Control,阻尼系数控制)频率补偿方法进行了深入分析和电路改进。在对PMOS功率管、取样反馈电阻、带隙基准源、误差放大器及DFC频率补偿电路、偏置电路、过温保护电路和过流保护电路等电路模块设计分析的基础上,基于CSMC 0.5μm CMOS工艺完成了一款无电容型LDO的整体电路设计。采用Cadence Spectre对设计的电路进行了仿真,该电路工作电压2.7V～6V,输出电压2.5V,可在0～500mA的负载电流范围内稳定工作,电路正常工作时的最小压差在196mV以下。仿真结果表明,本文设计的电路较好地解决了无电容型LDO的稳定性问题,且在负载电流降至零时仍能保持稳定,拓宽了无电容型LDO的应用需求范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电源管理及稳压电源
• 1.2 LDO的研究现状及发展趋势
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 LDO的工作原理和性能指标
• 2.1 LDO工作原理
• 2.2 LDO的性能指标
• 2.3 本文所要设计的LDO的性能指标
• 第三章 稳定性理论和LDO稳定性分析
• 3.1 负反馈系统的稳定性和零极点理论
• 3.1.1 负反馈系统的稳定性判据
• 3.1.2 传递函数中各类零、极点对系统的影响
• 3.2 LDO的稳定性分析
• 3.2.1 传统LDO的稳定性分析
• 3.2.2 未加任何补偿的LDO结构稳定性分析
• 3.2.3 无电容型LDO的稳定性分析
• 3.2.4 无电容型LDO的频率补偿研究
• 3.3 DFC频率补偿原理分析
• 第四章 无电容型LDO电路设计
• 4.1 功率管设计
• 4.2 取样反馈电阻设计
• 4.3 带隙基准源设计
• 4.3.1 带隙基准源的基本原理
• 4.3.2 带隙基准源的主要电路架构
• 4.3.3 基准源中的运放结构及米勒补偿
• 4.3.4 本文设计的带隙基准源电路
• 4.4 误差放大器及DFC补偿模块设计
• 4.5 偏置电路设计
• 4.6 过温保护电路设计
• 4.7 过流保护电路设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 电路仿真及版图设计
• 5.1 交流稳定性仿真
• 5.2 电源抑制比仿真
• 5.3 直流仿真
• 5.3.1 压差
• 5.3.2 线性调整
• 5.3.3 负载调整
• 5.3.4 温度特性及过温保护
• 5.3.5 过流保护
• 5.3.6 静态电流
• 5.3.7 系统效率
• 5.4 瞬态仿真
• 5.4.1 电路启动
• 5.4.2 线性瞬态响应
• 5.4.3 负载瞬态响应
• 5.5 版图设计
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献