高PSRR无电容型线性稳压器的研究与设计

发布时间：2020-06-02 05:11

【摘要】：随着便携式电子设备的不断普及和功能越来越智能化,市场对于电源管理芯片的需求量以及性能都在不断上涨,其中LDO线性稳压器以其结构简单、低噪声、较小PCB面积等突出优点受到片上系统(SoC)的青睐。但随着SoC的发展,电源噪声影响和数模混合电路之间的相互串扰非常严重,此外又由于负载门数的提高,LDO输出端负载电容值会高达nF量级,负载门数的提高又意味着需要更多的负载电流,所以具有高PSRR以及大负载特性的无电容型LDO成为当今线性稳压器的研究趋势。本文通过研究无电容型线性稳压器的架构和设计思想并结合当今LDO的研究热难点设计了一款高PSRR无电容型LDO线性稳压器。该LDO基于反嵌套共源共栅密勒补偿产生一个主极点、一个次主极点、两对高频零极点对和一个右半平面零点,通过合理设置电路参数使单位增益带宽内只存在一个主极点而成为单极点系统,从而保证LDO环路在负载电容为0到1μF的范围内实现稳定。为了得到最好的PSRR直流特性,该LDO第一级采用NMOS输入对管的共源共栅差分运放,第二级采用PMOS输入管的共源放大器。同时为了提高LDO的压摆率和负载瞬态跳变时的稳定性采用由两级共源放大器组成的可变增益缓冲器。针对该LDO在无片外电容时的瞬态响应特性,本文提出一种自动检测输出电压的瞬态增强电路来快速感应LDO负载电流的变化,极大减小了过冲电压和恢复时间。同时为了减少带隙基准电压的漂移和提高LDO电路的精度设计了一种具有负反馈预稳压功能的高PSRR带隙基准电路。基于TSMC 0.25μm BCD工艺并经Cadence Spectre仿真器仿真,仿真结果显示其漏失电压为150mV,在1mA到200mA的负载电流范围内,该LDO在输出电容为0到1μF的范围内都能保持稳定;负载电流为200mA时,环路的最大相位裕度为86°以及最小相位裕度高达75°,低频段PSRR可达到-80dB、而100kHz的PSRR也有-40dB。最后除去带隙基准电路,负载电流为1mA时的静态电流为114μA。
【图文】：

第四章 高 PSRR 无电容型 LDO 的设计5V 时输出电压的变化量仅有 146.4μV，说明该带隙基准电压对电源电压的变化异常不敏感而且非常精确，那么 LDO 最终的线性调整率将会非常好。

35图 4.7 带隙基准线性调整率仿真曲线(2)温度漂移仿真虽然在前面对带隙基准的理论分析时认定带隙基准时零温度系数电压，但是实际上带隙基准电压并不是零温度系数。图 4.8 是电源为 3.3V，然后分别在 tt、ss、ff 工艺以及温度范围是 -40℃到 120℃条件下的仿真，从图中可得当温度从-40℃到 120℃变化时，工艺角为 tt、ss、ff 分别对应的输出电压变化为 1.502mV、6.134mV、1.138mV，，温度系数分别是 7.57ppm/℃、30.9ppm/℃、5.73ppm/℃。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM44

【参考文献】

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本文编号：2692656