一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计

发布时间：2017-10-15 00:39

  本文关键词：一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计

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【摘要】：近年来,随着集成电路产业的迅速发展,手机、平板电脑(PAD)、数码相机等便携式消费类电子产品得到了很大的普及和发展。然而,无论哪种电子产品,都面临着一个问题,即如何高效的实现电源管理来延长使用寿命和提升性能。因此这便对电源管理芯片提出了更高的要求,如何设计低功耗、低成本、高性能的电源管理芯片也成了行业研究热点。LDO线性稳压器作为最常用的电源管理芯片与其他产品相比具有诸多优点,比如静态功耗低、噪声小、成本低。基于这些优点LDO线性稳压器广泛应用于各类消费类电子产品以及工业领域中。本文设计了一款应用于微控制器(MCU)电源管理单元的LDO线性稳压器,满足其低功耗的应用。该LDO主要包括基准电路模块、误差放大器、功率管、以及反馈回路,并添加了过流保护模块作为辅助电路能够其在负载电流过大时保护芯片。整个设计为满足低功耗要求对电路模块进行了优化,并通过对LDO频率补偿方法的分析和研究使整个回路保证高稳定性工作。最后完成版图的设计。本文的设计基于GSMC的0.13μm LP工艺,能在宽的电压范围内(2.7V~5.5V)正常工作,稳定输出1.5V给其他模拟数字模块供电,提供的最大负载电流为200m A。通过Cadence Spectre软件仿真得到在正常工作下整个模块(包括基准电路)的静态功耗低于15μA,在整个负载范围内都能稳定工作,相位裕度大于60°。输出电压1.5V,温度系数20ppm/℃,并通过微调信号消除失调电压影响,提高精度。在0.1μF的片外电容下从空载到满载瞬态变化时输出变化小于100m V。并通过进行PVT验证了各重要指标。前后仿的结果表明,电路性能符合设计指标。对流片后的芯片初步测试结果表明,LDO整体的性能良好。
【关键词】：LDO 低功耗 高稳定性 频率补偿
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 电源管理IC研究背景9-10
• 1.2 电源管理芯片的分类和比较10-11
• 1.3 LDO发展趋势11-12
• 1.4 本文的研究意义12
• 1.5 本文所做工作以及结构安排12-14
• 第二章 LDO原理及参数概述14-25
• 2.1 LDO的基本结构14-15
• 2.2 LDO的工作原理15-16
• 2.3 LDO的参数指标16-24
• 2.3.1 输出电压与Dropout电压17
• 2.3.2 静态电流与效率17-18
• 2.3.3 负载调整率18-19
• 2.3.4 线性调整率19-20
• 2.3.5 电源抑制比20
• 2.3.6 输出噪声电压20
• 2.3.7 温度特性与精度20-21
• 2.3.8 负载瞬态响应21-24
• 本章小结24-25
• 第三章 LDO关键性能分析及模块设计考虑25-48
• 3.1 功耗分析25-26
• 3.2 稳定性分析26-38
• 3.2.1 LDO小信号模型分析26-29
• 3.2.2 LDO频率补偿方法29-38
• 3.3 LDO各模块设计考虑38-44
• 3.3.1 功率管的设计考虑38-40
• 3.3.2 基准电压模块的设计考虑40-41
• 3.3.3 误差放大器的设计考虑41-43
• 3.3.4 反馈及修调网络的设计考虑43
• 3.3.5 输出电容的选择考虑43-44
• 3.3.6 辅助电路设计考虑44
• 3.4 本文设计框架和补偿方案44-47
• 本章小结47-48
• 第四章 LDO电路设计及仿真48-77
• 4.1 基准电压源模块设计与仿真48-60
• 4.1.1 基准电压源原理介绍49-50
• 4.1.2 基准电压源电路设计50-56
• 4.1.3 基准电压源性能仿真56-60
• 4.2 误差放大器和功率管的设计与仿真60-65
• 4.2.1 误差放大器的设计61-63
• 4.2.2 功率管的设计63-64
• 4.2.3 误差放大器和功率管仿真64-65
• 4.3 辅助电路的设计和仿真65-68
• 4.3.1 限流电路的设计和仿真65-67
• 4.3.2 关断电路的设计和仿真67-68
• 4.4 LDO系统整体结构和仿真68-76
• 4.4.1 LDO直流特性的仿真70-72
• 4.4.2 LDO交流特性的仿真72-74
• 4.4.3 LDO瞬态特性的仿真74-76
• 本章小结76-77
• 第五章 LDO版图设计与芯片测试77-86
• 5.1 版图设计一般流程77-78
• 5.2 版图设计注意事项78-81
• 5.3 本文的LDO版图81-82
• 5.4 芯片初步测试82-85
• 本章小结85-86
• 第六章 总结86-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴晓波;李凯;严晓浪;;高性能低压差线性稳压器的研究与设计[J];微电子学;2006年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 卢昌鹏;一种用于MCU的低功耗电源系统设计[D];复旦大学;2011年

2 范东风;高性能LDO线性稳压器的设计[D];大连理工大学;2008年

3 胡渊;一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计[D];华中科技大学;2007年

4 李中伟;LDO线性稳压器的研究与设计[D];西北大学;2009年

5 封鲁平;一种大电流、高稳定性的LDO线性稳压器的研究与设计[D];电子科技大学;2010年

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本文编号：1034121