高性能低壓差線性穩(wěn)壓器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)前微電子技術(shù)以及半導(dǎo)體工藝持續(xù)迅猛發(fā)展，電源管理芯片已經(jīng)應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子等諸多領(lǐng)域，隨著便攜式尤其是穿戴式電子設(shè)備的普及，電源管理類芯片應(yīng)用越來越廣泛，導(dǎo)致用戶端對其性能的要求不斷地提高。本文緊跟技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，瞄準(zhǔn)在電源管理集成電路中占有率極大的LDO，關(guān)注如何優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、提高芯片負(fù)載能力、減小靜態(tài)功耗，更著力研究LDO穩(wěn)定性和電流防護(hù)理論并解決相關(guān)技術(shù)難題以提高系統(tǒng)的集成度和可靠性。研究成果如下。
　　1.針對傳

2、統(tǒng)LDO頻率補(bǔ)償電路中存在的缺陷，提出了一種嵌入式電流緩沖技術(shù)的頻率補(bǔ)償方法，該方法基于電流緩沖技術(shù)很好地抑制了系統(tǒng)右半平面零點(diǎn)的產(chǎn)生，使系統(tǒng)環(huán)路的控制更加簡單，可靠性增強(qiáng)。同時(shí)電路采用嵌入式結(jié)構(gòu)，利用放大器電路和電流緩沖電路共用晶體管，避免了電流緩沖電路自身所產(chǎn)生的額外電流，因此嵌入式電流緩沖技術(shù)的頻率補(bǔ)償方法在改善穩(wěn)定性的同時(shí)消除了額外功耗。根據(jù)工藝限制和產(chǎn)品應(yīng)用要求，將文中提出的嵌入式電流緩沖電路應(yīng)用于某款LDO芯片并采用國外0.

3、6μm5V2P3M CMOS工藝進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過驗(yàn)證，該LDO芯片在不同應(yīng)用條件下的瞬態(tài)響應(yīng)均表現(xiàn)良好，總體靜態(tài)電流小于50μA。
　　2.針對傳統(tǒng)LDO限流保護(hù)電路中存在的缺陷，本文提出一種應(yīng)用于LDO的二級限流保護(hù)電路。該電路結(jié)構(gòu)簡單，并集成在LDO的誤差放大器模塊中。該結(jié)構(gòu)利用采樣電阻將電流轉(zhuǎn)化為電壓信號改善了電壓比較結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中限流環(huán)路利用緩沖器雙支路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，其工作狀態(tài)隨輸入電壓有所轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)了一級保護(hù)電路限流8

4、0mA，二級保護(hù)電路限流200mA，電路限流值穩(wěn)定，不隨著電源電壓的變化而變化。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)自身僅僅消耗2μA左右極低的靜態(tài)電流。實(shí)測表明不同負(fù)載下，一級保護(hù)電路、二級保護(hù)電路均可正常工作。
　　3.傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)輸出的電壓溫度曲線其拋物線頂點(diǎn)設(shè)置在25℃位置，但LDO作為電源管理芯片一般集成在系統(tǒng)的功率模塊中，實(shí)際工作環(huán)境溫度已超過25℃，而傳統(tǒng)帶隙基準(zhǔn)在遠(yuǎn)離25℃位置上的溫度系數(shù)并不理想。針對這一問題，為了避免芯片在高溫下工作時(shí)

5、輸出電壓隨基準(zhǔn)電壓降低的情況發(fā)生，提出一種含有高溫補(bǔ)償?shù)膸?誤差放大器結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以帶隙比較器的結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，將誤差放大器和帶隙基準(zhǔn)巧妙地結(jié)合到一起，并通過引入高階補(bǔ)償電路限制基準(zhǔn)電壓的溫度偏移，阻止了輸出電壓在溫度較高時(shí)急劇下降的現(xiàn)象，達(dá)到對基準(zhǔn)電壓補(bǔ)償?shù)男Ч纳芁DO在高溫下的溫度變異情況。
　　4.針對LDO電路在低靜態(tài)電流下實(shí)現(xiàn)環(huán)路穩(wěn)定和快速瞬態(tài)響應(yīng)的需求，提出一種自適應(yīng)阻抗跟隨器。跟隨器通過輸出負(fù)載電流的改變調(diào)整

6、自己的輸出電阻，實(shí)現(xiàn)功率管柵端電容的快速充放電，提高了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)性能;同時(shí)跟隨器與調(diào)整管柵端寄生電容形成的極點(diǎn)向更高頻率處移動(dòng)，以確保此處的極點(diǎn)在全負(fù)載電流范圍內(nèi)都不影響環(huán)路的穩(wěn)定性。該自適應(yīng)阻抗跟隨器實(shí)現(xiàn)在保證穩(wěn)定性的同時(shí)增加了電路的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
　　5.本文以一款具有高輸出電流高電源抑制比快速瞬態(tài)響應(yīng)的代表性LDO芯片XD1503為例，描述了模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程;設(shè)計(jì)了芯片的性能指標(biāo)并進(jìn)行詳細(xì)說明;討論了版圖階段的版圖