大電流高電源抑制比的低壓差線性穩(wěn)壓器.pdf

1、隨著便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，電源管理芯片的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大，性能要求也越來(lái)越高。其中低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)是一款銷售量最大的電源管理芯片，因?yàn)槠渚哂休敵鲭妷壕_，噪聲小，低功耗和易于CMOS集成等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著SOC的發(fā)展，電源電壓的噪聲影響越來(lái)越明顯，所以LDO的電源噪聲抑制比(PSR)被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者所關(guān)心。而由于多媒體集成的發(fā)展要求有大的負(fù)載電流。所以本文設(shè)計(jì)了一款全CMOS的、最大負(fù)載電流有300mA的、高PSR的LDO。

2、
　　 本文進(jìn)行了全面的高PSR的LDO的理論研究，彌補(bǔ)了當(dāng)今PSR理論不完整的缺陷，并首次提出了LDO中擁有最好的PSR直流特性的基本誤差放大器(EA)結(jié)構(gòu)。對(duì)LDO閉環(huán)系統(tǒng)的PSR進(jìn)行了建模和計(jì)算，并列表分析了結(jié)果。通過(guò)MOS管小信號(hào)模型、基爾霍夫定律和mathematica工具，推導(dǎo)出輸出級(jí)和6種典型放大器的PSR直流增益，零極點(diǎn)表達(dá)式；并通過(guò)cadence的spectre軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。通過(guò)表格列舉和對(duì)比8

3、種兩級(jí)EA的PSR特性，得到了第一級(jí)為NMOS輸入的差分運(yùn)放、第二級(jí)為PMOS管輸入的共源級(jí)放大器，即N-DA+P-CS結(jié)構(gòu)的EA擁有最好的PSR直流特性。所有理論分析均通過(guò)仿真得到了驗(yàn)證。本工作為設(shè)計(jì)高PSR的LDO提供了良好的理論支持，使得在設(shè)計(jì)電路時(shí)候可以通過(guò)查表的方式，兼顧LDO的電源噪聲抑制特性和頻率補(bǔ)償?shù)绕渌阅?。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有高PSR的LDO結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，一個(gè)總的設(shè)計(jì)規(guī)則被提了出來(lái)，那就是想要得到高的PSR必須使主功率管的柵源

4、電壓Vgs保持一個(gè)恒定的值。一款基于此設(shè)計(jì)規(guī)則的LDO被提了出來(lái)。它主要包括了Bandgap部分和LDO_core部分。Bandgap部分含有一個(gè)高穩(wěn)定性的電流源、一個(gè)采用了負(fù)反饋預(yù)穩(wěn)壓技術(shù)來(lái)獲得高PSR的基準(zhǔn)電壓源，還有一個(gè)擁有遲滯功能的熱保護(hù)電路。功率管和誤差放大器是LDO_core部分的重要組成者。這里也討論和研究了本項(xiàng)目的頻率補(bǔ)償，保證了在高PSR要求的同時(shí)，兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路也是LDO實(shí)際應(yīng)用中不可或

5、缺的，本文對(duì)其進(jìn)行了量化分析和設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)在不同工藝角、不同電源電壓和溫度下的仿真，滿足了項(xiàng)目要求之后又進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)和后仿真。本文采用標(biāo)準(zhǔn)CMOSTSMC0.18um工藝，設(shè)計(jì)了一款大負(fù)載電流、高PSR的LDO。輸出電壓為1.8V，在300mA最大負(fù)載電流時(shí)有170mV的漏失電壓。后仿真結(jié)果顯示當(dāng)輸出電流為100mA時(shí)，PSR在1kHz時(shí)為106dB;而當(dāng)全負(fù)載時(shí)有1kHz有85dB的PSR。與其他論文相比可以發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目設(shè)