适用于SoC的高性能低压差线性稳压器设计

发布时间：2020-08-21 01:21

【摘要】：随着手机、掌上电脑等电子产品及集成电路系统的高速发展,电源管理芯片在集成电路领域展现出越来越为重要的作用。低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,简称LDO)作为直流电源管理芯片的一员,其以低成本、低噪声、高精度以及简单的外围电路等特点普遍应用于集成系统之中。随着市场的变化和电子技术的不断进步,尤其是片上系统(System on a Chip,简称SoC)的快速发展,设计人员对LDO芯片的性能要求也更加苛刻,更低的静态功耗、更少的外围器件以及更高的转换效率和电源抑制比、更快的响应速度已经成为LDO芯片的研究热点和发展趋势。本文首先对LDO的基本原理进行分析,并结合当前LDO的研究热点对LDO的主要性能指标进行研究,最后根据理论指导设计三种适用于SoC的高性能LDO芯片,其中一种主要对LDO的PSRR(Power Supply Rejection Ratio)进行研究,另外两种主要对无片外电容LDO的负载瞬态响应进行研究,三种LDO分别为:1)带有前馈支路的高PSRR LDO,该LDO在中高频段采用前馈支路将电源上的纹波叠加到功率管的栅极,从而使功率管的栅极与源极电压差不带有电源电压纹波信号,从而提高LDO的PSRR,该LDO低频时具有PSRR-70dB,在10MHz频率处PSRR可以达到-59dB;2)带有摆率增强电路的快速负载瞬态响应无片外大电容LDO,该LDO采用摆率增强技术以及动态偏置技术来优化LDO的摆率,从而在负载发生跳变时能够快速的响应,该LDO静态电流仅为21μA,0.5μs内完成重载100mA与轻载100μA间的跳变,上冲电压和下冲电压均为150mA,下冲恢复时间仅为2μs;3)具有高摆率的快速负载瞬态响应无片外大电容LDO,该LDO采用一种具有高带宽、高摆率的误差放大器实现LDO的设计,因此在负载发生跳变时,误差放大器能够输出较大的充电或者放电电流用于调整功率管的栅极电压,从而加快LDO的负载瞬态响应速度,该LDO静态电流为25μA,0.5μs内完成重载100mA与轻载100μA间的跳变时,上冲电压为190mV,下冲电压为150mV,并且恢复时间均在1μs以内。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM44;TN47
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文源噪声抑制比 LDO 芯片息技术的发展和手持电子设备的普及，对于便携式通讯设人们希望能够在最窄的带宽最短的时间内传递更多有用的计的数模转换芯片能够工作于更高的频率，并且这些芯片比，另外为了能够为芯片内部模块提供更大的供电能力以 DC-DC 转换器与 LDO 级联的应用方式，但是随着 DC-D高，为 LDO 供电的电源纹波频率也将不断提高，这也就 LDO 能够输出很小杂波的电压信号，也即是需要 LDO 具4]。众所周知，低频时 LDO 的 PSRR 由环路增益决定，环路O 环路对电源纹波抑制能力越强，而随着频率的升高，频后 LDO 的环路增益会随着频率的增大逐渐减小，这时将O 的输出产生，因此如何提高 LDO 的高频电源抑制比，已 LDO 的另一个研究热点[32,33]。

电子科技大学硕士学位论文源噪声抑制比 LDO 芯片息技术的发展和手持电子设备的普及，对于便携式通讯设人们希望能够在最窄的带宽最短的时间内传递更多有用的计的数模转换芯片能够工作于更高的频率，并且这些芯片比，另外为了能够为芯片内部模块提供更大的供电能力以 DC-DC 转换器与 LDO 级联的应用方式，但是随着 DC-D高，为 LDO 供电的电源纹波频率也将不断提高，这也就 LDO 能够输出很小杂波的电压信号，也即是需要 LDO 具4]。众所周知，低频时 LDO 的 PSRR 由环路增益决定，环路O 环路对电源纹波抑制能力越强，而随着频率的升高，频后 LDO 的环路增益会随着频率的增大逐渐减小，这时将O 的输出产生，因此如何提高 LDO 的高频电源抑制比，已 LDO 的另一个研究热点[32,33]。

本文编号：2798715