一种快速瞬态响应的全片内低压差线性稳压器

摘要

就目前的电源管理芯片而言，虽然低压差线性稳压器的效率不如DC/DC，但它具有外围器件少，面积小，输入输出响应快以及输出噪声小等特性，使得低压差线性稳压器广泛用于许多便携式产品中的电源管理。
　　线性稳压器由带隙基准参考源、误差放大器、偏置电路、调整管、反馈电阻网络以及相关保护电路组成。本文分析了低压差线性稳压器的基本原理和特性参数，在此基础上设计了一种快速瞬态响应的全片内线性稳压器，其中对带隙基准源采用斩波调制，以达到抑制失调和噪声的目的；误差放大器采用传统密勒电容补偿的基础上串联一个缓冲器用来消除右半平面的零点保证系统稳定性；此外，设计一种低输出阻抗的缓冲级来驱动功率调整管，不仅可以驱动调整管的栅极大电容，而且还可以将该缓冲级的极点推得很远，从而不影响稳定性；提出一种自动检测网络用来改善线性稳压器瞬态响应能力。通过对各模块的分析，优化了其设计参数，绘制了版图并给出了利用Spectre进行后仿真的结果。设计了相关的过温和过流保护电路，以防止电路工作异常时芯片的永久性损害。
　　电路采用上华CMOS0.5μm工艺进行设计，仿真结果显示本文所设计的线性稳压器正常工作电压为3.5V至6.5V，输出为3.3V，负载电流范围为1mA至100mA。在VIN＝3.5V下下冲电压和上冲电压分别为135mV和60mV，线性调整率和负载调整率分别为0.023%和0.5%，达到了预期的目标。

目录

文摘

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插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 发展概述

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的目的及意义

1.5 论文的主要工作

第2章 LDO的工作原理与特性分析

2.1 LDO的原理

2.2 LDO的应用

2.3 LDO相关性能参数

2.4 传统LDO的稳定性分析

2.5 传统LDO瞬态响应分析

2.6 无片外电容LDO的难点研究意义

2.6.1 无片外电容LDO的稳定性分析

2.6.2 无片外电容LDO瞬态响应分析

2.7 本章小结

第3章 快速瞬态响应LDO电路设计

3.1 LDO整体架构

3.2 斩波调制带隙基准模块的设计和仿真

3.2.1 带隙基准源原理

3.2.2 带隙基准源设计

3.3 振荡器和时钟产生器

3.4 误差放大器

3.5 瞬态响应提高电路

3.6 偏置电路

3.7 保护电路

3.7.1 比较器的工作原理

3.7.2 过温保护电路的设计

3.7.3 过流保护电路(OCP)

3.8 本章小结

第4章 LDO版图设计和仿真

4.1 版图设计工具

4.2 器件的匹配

4.3 版图设计中的问题与解决方法

4.3.1 寄生参数

4.3.2 闩锁效应

4.3.3 天线效应

4.3.4 ESD保护

4.4 LDO版图设计

4.5 LDO仿真结果

4.5.1 DC分析

4.5.2 瞬态分析

4.5.3 AC分析

4.5.4 总体仿真结果

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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