低噪声高电源抑制比LDO的研究与设计
发布时间：2024-01-17 20:18
随着半导体工艺的日益发展,片上系统芯片（System On Chip,SOC）对电源管理电路的要求也日益提高,当各个模块集成在同一芯片上后,信号间的交叉耦合和电源纹波噪声对电路的性能将起到极大的影响,因此通常需要能够提供干净电源电压的低压差线性稳压器（Low-Dropout Regulator,LDO）来供电,因此本文对LDO的等效输出噪声和电源抑制比进行了详细的分析和仔细的设计。本文通过对LDO的环路结构进行分析,采用了密勒补偿和Q值衰减的方式来对环路进行频率补偿,使其环路稳定性在不用负载情况下都较为良好;通过对LDO产生噪声的因素进行了详细的分析,在不增加电路复杂度的前提下,对LDO进行了低噪声设计;本文通过对电源纹波抑制能力的分析,确定了两条途径来提高LDO的电源抑制比:在低频段,通过提高环路增益来得到更好的PSR,在中高频段,通过设计了一款基于前馈纹波抵消技术的PSR增强电路,来对LDO的电源抑制比进行优化;为了更好的保证LDO的性能,本文为LDO电路设计了一款高电源抑制比低噪声低温度系数的参考电平产生电路,为LDO提供偏置电压;为了保证整个电路的供电安全,本文设计了过流保护电...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LDO相关期刊论文统计图
第二章LDO的基本结构与原理5第二章LDO的基本结构与原理低压差线性稳压器（LowDropoutRegulator，LDO）属于电源管理电路的一种，不产生能量，同时负责向某一特定的负载智能高效地进行供电，根据负载场合的不同，在一定范围内，将直流电压转换为固定直流电压输出[16]。这一类电路在直流到直流电压的转换、电压调节和能量转换中有着至关重要的作用。低压差线性稳压器在隔离噪声和抑制纹波方面优点突出，同时也是一种成本低、易集成、控制机制简单、外围元件少以及输出电压稳定的电路结构。2.1LDO的基本原理与结构作为线性负反馈系统，LDO为了实现对负载端电压的控制，其方式为在系统内部建立负反馈，这样能够在一定范围的负载电流下，为负载提供较为稳定的电压。一个最基本的LDO通常都具有以下三个引脚：接地引脚GND，输入电压Vin和输出电压Vout[19]。主要结构通常包含误差放大器（ErrorAmplifier，EA），反馈网络，充当功率器件的调整管（passMOSFET）、参考电压产生模块、有的可能还会有辅助模块用以提高LDO性能和一些能够保证LDO稳定工作的外围器件，如图2-1所示。图2-1LDO基本框架拓扑图LDO的基本工作原理是将采样输出电压得到的值与参考电压产生模块输出的参考电压，通过误差放大器进行比较得到一个差值，EA将放大此差值，以此得到
第二章LDO的基本结构与原理7（1）静态电流静态电流的定义是当LDO不向负载提供电流时，整个电路消耗的电流[33]。如图2-2所示，电源通过LDO将电流注入到芯片，其中一部分流入了LDO电路以维持其正常工作，另一部分将通过LDO注入到负载，如式（2-4）所示OUTINQIII（2-4）其中，IIN是LDO所消耗的总电流，IQ是LDO的静态电流，IOUT是LDO从输出端向负载电路所提供的电流。图2-2LDO静态电流图随着消费电子市场日渐繁荣，更低功耗的设计逐渐受到人们青睐，而IQ直接关系到LDO的功耗，有效降低其静态电流也成为设计者们关注的焦点。（2）漏失电压LDO使用外部电源作输入电压，通常是需要较为稳定的，外部电源提供合适的范围时，LDO能够正常工作，工艺水平等众多因素都将影响外部电源能为提供LDO的正常工作的最大值。LDO的调整管类型等因素也将影响外部电源提供的能够保证LDO正常工作的最小值[31]。通常，我们定义dropout电压是使得LDO能够开始输出预设电压时，调整管输入输出电压之差。图2-3中是LDO输出电压随输入电压变化的典型过程，其中横轴表示的是输入电压，纵轴表示的是输出电压，当输入电压在减小的过程中开始超过最小输入电压VA时，LDO能够正常工作。这个时候位于调整区（RegulationRegion），此时，LDO的环路能够稳定输出电压。当输入电压继续减小，直到小于LDO的最小VA时，电路中各器件开始不在工作在正确的静态点，输出电压也随之降低，低于预设值，LDO开始进入线性区（DropoutRegion）。如果输入电压再进一步减小，输
【参考文献】：
硕士论文
[1]一种用于高速低抖动时钟电路的片上电源系统设计[D]. 周琦.电子科技大学 2019
[2]高电源抑制比片上供电系统研究与设计[D]. 何鸣.电子科技大学 2017
[3]低噪声高电源抑制比片上LDO的研究与设计[D]. 李亮.电子科技大学 2016
[4]低功耗高稳定性无片外电容型CMOS LDO的研究与设计[D]. 石凤骄.电子科技大学 2016
[5]一种片上集成的低压差线性稳压器设计[D]. 李甜.电子科技大学 2016
[6]低功耗无电容型低压差线性稳压器的研究与设计[D]. 金兴杰.电子科技大学 2015
本文编号：3580005
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LDO相关期刊论文统计图
第二章LDO的基本结构与原理5第二章LDO的基本结构与原理低压差线性稳压器（LowDropoutRegulator，LDO）属于电源管理电路的一种，不产生能量，同时负责向某一特定的负载智能高效地进行供电，根据负载场合的不同，在一定范围内，将直流电压转换为固定直流电压输出[16]。这一类电路在直流到直流电压的转换、电压调节和能量转换中有着至关重要的作用。低压差线性稳压器在隔离噪声和抑制纹波方面优点突出，同时也是一种成本低、易集成、控制机制简单、外围元件少以及输出电压稳定的电路结构。2.1LDO的基本原理与结构作为线性负反馈系统，LDO为了实现对负载端电压的控制，其方式为在系统内部建立负反馈，这样能够在一定范围的负载电流下，为负载提供较为稳定的电压。一个最基本的LDO通常都具有以下三个引脚：接地引脚GND，输入电压Vin和输出电压Vout[19]。主要结构通常包含误差放大器（ErrorAmplifier，EA），反馈网络，充当功率器件的调整管（passMOSFET）、参考电压产生模块、有的可能还会有辅助模块用以提高LDO性能和一些能够保证LDO稳定工作的外围器件，如图2-1所示。图2-1LDO基本框架拓扑图LDO的基本工作原理是将采样输出电压得到的值与参考电压产生模块输出的参考电压，通过误差放大器进行比较得到一个差值，EA将放大此差值，以此得到
第二章LDO的基本结构与原理7（1）静态电流静态电流的定义是当LDO不向负载提供电流时，整个电路消耗的电流[33]。如图2-2所示，电源通过LDO将电流注入到芯片，其中一部分流入了LDO电路以维持其正常工作，另一部分将通过LDO注入到负载，如式（2-4）所示OUTINQIII（2-4）其中，IIN是LDO所消耗的总电流，IQ是LDO的静态电流，IOUT是LDO从输出端向负载电路所提供的电流。图2-2LDO静态电流图随着消费电子市场日渐繁荣，更低功耗的设计逐渐受到人们青睐，而IQ直接关系到LDO的功耗，有效降低其静态电流也成为设计者们关注的焦点。（2）漏失电压LDO使用外部电源作输入电压，通常是需要较为稳定的，外部电源提供合适的范围时，LDO能够正常工作，工艺水平等众多因素都将影响外部电源能为提供LDO的正常工作的最大值。LDO的调整管类型等因素也将影响外部电源提供的能够保证LDO正常工作的最小值[31]。通常，我们定义dropout电压是使得LDO能够开始输出预设电压时，调整管输入输出电压之差。图2-3中是LDO输出电压随输入电压变化的典型过程，其中横轴表示的是输入电压，纵轴表示的是输出电压，当输入电压在减小的过程中开始超过最小输入电压VA时，LDO能够正常工作。这个时候位于调整区（RegulationRegion），此时，LDO的环路能够稳定输出电压。当输入电压继续减小，直到小于LDO的最小VA时，电路中各器件开始不在工作在正确的静态点，输出电压也随之降低，低于预设值，LDO开始进入线性区（DropoutRegion）。如果输入电压再进一步减小，输
【参考文献】：
硕士论文
[1]一种用于高速低抖动时钟电路的片上电源系统设计[D]. 周琦.电子科技大学 2019
[2]高电源抑制比片上供电系统研究与设计[D]. 何鸣.电子科技大学 2017
[3]低噪声高电源抑制比片上LDO的研究与设计[D]. 李亮.电子科技大学 2016
[4]低功耗高稳定性无片外电容型CMOS LDO的研究与设计[D]. 石凤骄.电子科技大学 2016
[5]一种片上集成的低压差线性稳压器设计[D]. 李甜.电子科技大学 2016
[6]低功耗无电容型低压差线性稳压器的研究与设计[D]. 金兴杰.电子科技大学 2015
本文编号：3580005
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