高瞬态响应高电源抑制比LDO

摘要

近年来，随着信息技术的发展，基于片上系统的便携式电子设备迅速普及。与此同时，集成电路工艺尺寸不断缩小，片上系统集成的功能模块不断增加，处理器主频越来越快。电源管理作为片上系统的基础模块成为模拟集成电路研究的热点。直流稳压器是电源管理模块的核心，主要分为低压差线性稳压器、开关电源和电荷泵三种结构。其中，低压差线性稳压器以高电源抑制比、低噪声、低成本等优势成为了研究热点。
　　为了提高模数混合型片上系统中射频接收机的可靠性和灵敏度，本文基于Nuvoton0.35μm5V标准CMOS工艺，设计了一种具有高快速响应速度、高电源抑制比的无片外电容型低压差线性稳压器。首先，设计了过冲电压改善电路使系统在过冲状态下开启一条快速响应的放电通路为输出节点放电；设计了欠冲电压改善电路使系统在欠冲状态下开启一条快速响应的放电通路为功率管栅极节点放电以提高压摆率电流。然后，综合MOS管的亚域值区、线性区、饱和区工作特点，设计了一款带预抑制电路的CMOS电压基准源，获得了低纹波分量的基准电压，从而极大提高了低压差线性稳压器的低频电源抑制比。最后，通过采样功率管电流生成一个受控电阻，受控电阻与电容串联构成密勒补偿产生一个随负载变化的零点，在负载变化条件下此零点与输出极点有相同的变化趋势从而实现了零点极点追踪补偿。欠冲电压改善电路可提供一个固定零点，用来补偿功率管栅极极点从而实现固定零点补偿。通过环路补偿不仅使系统在全负载范围内获得了很好的环路稳定性，而且提高了单位增益带宽，进一步提高了环路的响应速度。
　　采用Cadence软件完成了原理图设计和前仿真。LDO的额定输出电压为3.3V；当电源电压大于3.51V，LDO进入正常工作状态；最大带载能力为100mA；当负载在1mA~100mA范围内发生跳变，跳变时间为1μs，输出节点所产生的过冲电压为40mV，欠冲电压为97.66mV；采用锂电池最大输出电压（4.2V）供电时，满载对应低频电源抑制比为-69dB，空载对应低频电源抑制比为-73dB。全负载范围内相位裕度大于60o。然后，完成了版图设计和后仿真，后仿真结果与前仿真结果基本一致，正在流片验证。仿真结果表明，本文提出的瞬态增强电路、高电源抑制比CMOS带隙基准源以及环路补偿方法可以有效的提高低压差线性稳压器的瞬态响应速度和电源抑制比。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 LDO研究的背景和意义

1.2 LDO国内外的研究现状与趋势

1.3 论文内容以及安排

第二章 LDO的基本结构与性能分析

2.1 LDO的基本结构

2.2 LDO的PSRR和瞬态响应分析

2.3 LDO稳定性分析

2.4 LDO的其它性能指标分析

2.5 本章小结

第三章 高瞬态响应高电源抑制比LDO设计

3.1 系统设计

3.2 模块设计

3.3 环路稳定性分析

3.4 前仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 版图设计与后仿真

4.1 版图设计

4.2 后仿真

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间发表的论文）