应用于SRAM的无片外补偿电容LDO设计

发布时间：2017-09-23 14:09

  本文关键词：应用于SRAM的无片外补偿电容LDO设计

  更多相关文章： SRAM 低压差线性稳压器 高阶曲率补偿 预稳压电路 有源反馈补偿 动态偏置

【摘要】：静态随机访问存储器(Static Random Access Memory, SRAM)具有低功耗、高速读取、逻辑工艺兼容良好等优点,近年来在数字通信领域得到了广泛应用。在SRAM中,存储单元、灵敏放大器等模块对供电电压十分敏感,这对芯片内部的电源模块提出了严格的要求,低压差线性稳压器(Low Drop-out Regulator,LDO)由于具有低噪声、低纹波和瞬态响应良好等特性被广泛应用于SRAM的电源系统中。本文基于SMIC 65nm CMOS工艺,设计了一种应用于SRAM的无片外补偿电容LDO,该LDO由低温漂高精度基准电压源、误差放大器和功率级构成。其中,基准电压源采用类指数性质的电流进行曲率补偿,降低基准电压的温漂系数,并引入预稳压电路以提高电源抑制比；误差放大器采用可变增益结构,当负载电流较小时,误差放大器和功率级等效为两级放大结构,并采用共源共栅密勒(Cascode Miller)补偿以保持稳定；当负载电流较大时,误差放大器和功率级等效为三级结构,并采用有源反馈补偿(Active Feedback Frequency Compensation)保持稳定,整个LDO采用基准电压源产生的基准电流自偏置,并引入动态偏置单元以提高瞬态响应能力和重负载下系统的带宽。利用Cadence软件对LDO进行设计优化与前仿真、版图设计和后仿真。后仿真结果表明：在2.5V电源电压下,LDO的输出电压为1.23V,在-55℃-125℃范围内的温度系数为12.1ppm/℃。整个LDO在低频(1kHz)下系统的电源抑制比为-75dB,线性调整率为0.83%,负载调整率仅为0.171mV/mA,能达到全负载范围内的稳定性要求。当负载电流在50μA到100mA之间跳变,且突变时间为300ns时,输出下过冲为117.4mV,输出上过冲仅为76mV,过冲恢复时间最长为703ns；当负载电流在50μA到100mA之间变动,且突变时间为100ns时,输出下过冲为147mV,输出上过冲仅为91mV,过冲恢复时间最长为728ns,LDO的整体静态电流小于180μA。本课题设计的LDO具有高精度、高电源抑制比和良好的瞬态响应特性,可应用于小型、低速的SRAM等数字芯片的电源管理模块当中。
【关键词】：SRAM 低压差线性稳压器 高阶曲率补偿 预稳压电路 有源反馈补偿 动态偏置
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;TM44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究内容与设计指标13-14
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 设计指标13-14
• 1.4 论文组织14-15
• 第2章 低压差线性稳压器简介15-23
• 2.1 无片外补偿电容LDO的结构组成15-19
• 2.1.1 基准电压源15-18
• 2.1.2 误差放大器18
• 2.1.3 功率管和反馈电阻18-19
• 2.2 无片外补偿电容LDO的性能参数19-22
• 2.2.1 直流特性20-21
• 2.2.2 交流特性21-22
• 2.2.3 瞬态特性22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 低温漂高电源抑制比基准电压源设计23-41
• 3.1 高阶曲率补偿原理23-26
• 3.1.1 几种常用的曲率补偿方法24-26
• 3.1.2 本文采用的补偿方法26
• 3.2 启动电路原理26-27
• 3.3 完整基准电压源电路设计与优化27-36
• 3.3.1 基准电压源主体电路的设计与优化28-32
• 3.3.2 其他子模块的设计32-36
• 3.4 基准电压源的前仿真和分析36-40
• 3.4.1 直流特性仿真36-38
• 3.4.2 交流特性仿真38-39
• 3.4.3 瞬态特性仿真39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 LDO电路的设计41-71
• 4.1 无片外补偿电容LDO的设计重点41-42
• 4.2 多级放大器的稳定性分析42-51
• 4.2.1 嵌套式密勒补偿45-47
• 4.2.2 阻尼系数控制补偿47-49
• 4.2.3 有源反馈控制补偿49-51
• 4.3 无片外电容LDO整体电路的设计与优化51-56
• 4.4 无片外补偿电容LDO的前仿真和分析56-69
• 4.4.1 直流特性仿真56-61
• 4.4.2 稳定性仿真61-65
• 4.4.3 瞬态仿真65-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第5章 版图设计和后仿真71-97
• 5.1 版图设计的注意事项71-74
• 5.1.1 版图设计规则71-72
• 5.1.2 电路功能和电流密度72
• 5.1.3 版图的匹配72-73
• 5.1.4 寄生效应73-74
• 5.1.5 其他二级效应74
• 5.2 LDO的版图设计与实现74-79
• 5.2.1 基准电压源版图设计75-77
• 5.2.2 启动电路版图设计77
• 5.2.3 误差放大器和功率级设计77-79
• 5.3 LDO的后仿真与分析79-95
• 5.3.1 直流特性仿真79-85
• 5.3.2 电源抑制比仿真85-87
• 5.3.3 瞬态仿真87-95
• 5.4 本章小结95-97
• 第6章 总结和展望97-99
• 6.1 总结97
• 6.2 展望97-99
• 参考文献99-101
• 攻读硕士学位期间发表的论文101-103
• 致谢103

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本文编号：905664