基于VHDL-AMS的LDO模型的设计与验证

发布时间：2019-08-10 09:45

【摘要】：随着集成电路的不断发展,EDA已经成为了一种必不可缺的设计方法。集成电路的复杂度和操作速度随着电路的规模快速增长,此时EDA(Electronic Design Automation)的出现为集成电路提供了一种友好的设计方法。大体上讲,集成电路可以分为两种类型:数字电路和模拟电路,因此集成电路的仿真也可分为数字电路的设计仿真和模拟电路的设计仿真,这两者的设计方法和仿真方法略有不同。而在当下的电路设计中,两种电路的独立仿真已经不能满足设计要求,因此数字模拟混合信号的仿真应运而生,本文对目前的混合信号系统的建模方法和仿真技术的基本状况进行了相应的总结和说明,在此基础上对模拟电路中的电源器件——低压差线性稳压器(LDO,Low Dropout Regulation)进行建模。首先介绍了混合信号系统的建模方法,根据抽象等级的不同,基本上可分为电路级,结构级和行为级,并针对模拟电路和数字电路分别加以说明和解释。引入了VHDL-AMS语言,进一步说明了使用VHDL-AMS建模的主要思想——基于守恒的思想和基于有向图的思想。分别对本文中使用的仿真平台Systemvision和该平台对VHDL-AMS语言的支持情况进行了介绍。然后,在混合信号仿真平台上,使用VHLD-AMS对LDO应用建模方法进行了建模。介绍了LDO的基本结构,由调整管、误差放大器、采样电路和基准电压源四个部分组成,基于LDO的基本结构,对LDO的工作过程和原理进行了说明,分析了LDO的主要功能参数。在研究了LDO的基本结构之后,利用混合建模方法对LDO进行建模。根据LDO的基本结构,使用结构建模思想对LDO结构中各组成部分进行连接;并对运算放大器和基准源的输入输出加以抽象概括,得到它们的传递函数并建立了它们相应的行为级模型;调整管选用PMOS,根据PMOS的SPICE模型,建立了PMOS的晶体管级的模型,使得PMOS的参数可配置。在建立了这三个部分的模型之后,分别对其进行仿真验证,证明了这三个器件都是有效的,模型的输出特性与设定的参数相符。在LDO基本结构模型的基础上,对LDO的输出电压,跌落电压,最大输出电流,静态电流,噪声,线性调整率和负载调整率这几个参数进行了分析,使得可以通过改变LDO基本结构中的器件的参数来调整这些参数,使得LDO的参数可配置,令模型更加的完整。针对这几个参数分别进行了试验,通过仿真验证证明了这些参数的调控可以通过改变基本结构中的器件参数来实现。在建立了完整的LDO模型之后,对该模型进行测试仿真来加以验证,对输出结果进行分析,证明了该模型的正确性和有效性。尽管该LDO模型并不是通用模型,但是也能够代表使用MOS管的一类LDO,并且其对LDO的参数描述相对完整。在一定应用条件下,可以用于对LDO器件的模拟。
【图文】：

对应关系,方程,输入量

预定义从本质上来讲也是建立方程，进行求解。这三种方程分别被称为显式方程，结构方程和增广方程，它和量的对应关系如图 2.2。图2.2 量和方程的对应关系2.5.2 VHDL-AMS中DAE的求解建立了 DAE 组后，需要对 DAE 方程进行求解。这些方程组是由输入量，输出量，中间状态量和函数这四个矩阵来表示，通过矩阵的计算，可以得到每个时间点的输入量，输出量和中间状态量。在计算时，如果只有输入量和输出量，这就要求能直接建立系统的传递函数，但这实际上是很难的，因此中间状态量的使用是必须的。对 DAE 方程的求解首先需要提取方程中的未知量，并且以系统中量的初始状态为起点开始计算，这些初始状态是可以通过仿真平台设置的，，也可以使用 break 语句来设定初始状态。已知了初始输入量和方程

基本结构

LDO基本结构
【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】：2015
【分类号】：TN702

【参考文献】