WSN节点射频芯片中基于CMOS工艺的LDO设计

摘要

随着信息时代的来临，无线传感网络(WSN,Wireless Sensor Network)因为其巨大的应用前景而受到学术界和工业界广泛的重视，被认为是二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。射频前端模块作为无线传感网络节点的重要组成部分，具有较高的研究价值。对应用于射频前端中的稳压电源电路的研究同样具有一定的实际应用价值。在众多的电源管理技术中，LDO(Low Dropout Voltage Regulator)因为其小面积、高电源抑制比、微功耗、低噪声以及外围电路简单等优点，倍受人们关注。此外，LDO还具有较好的线性瞬态响应和负载瞬态响应特性。因此，LDO线性稳压器是一种比较好的选择。
　　 本论文首先对LDO线性稳压器进行概述和分类，系统介绍LDO的组成和工作原理，对LDO线性稳压器的性能影响因素进行了详细的分析。LDO电路采用0.18um CMOS工艺流片。在介绍LDO原理及主要设计指标的基础上，详细论述了基于0.18um CMOS工艺的LDO电路设计，包括带隙基准电路、误差放大器及LDO的补偿电路、功率管等部分。其中，针对带隙基准源的启动问题和LDO的稳定性作了重点研究，并给出合理的解决方案。文中给出了电路前仿真结果与分析、版图设计关键点和后仿真结果与分析。后仿真结果表明：电源电压2.1V到3.6V的变化范围内，输出电压稳定在1.800V;温度从-40℃变化到85℃时，温度系数为5.6ppm/℃；电源抑制比能达到60dB。满足设计指标要求。
　　 论文最后给出了LDO电路芯片的测试验证，测试结果表明：LDO基本达到设计指标，可以正常工作，但是其中带隙基准源在高压（3V以上）下不能完全正常工作。文中根据芯片测试结果对电路设计提出了改进方案，给出了后仿真结果并送交了流片，待流片回来后进一步测试验证。

目录

文摘

英文文摘

缩略语

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 选题意义

1.3 国内外研究状况

1.4 本文主要工作

第2章 LDO线性稳压器概述及结构分析

2.1 LDO简介

2.2 LDO工作原理

2.3 LDO设计指标参数

2.4 LDO稳定性分析

2.4.1 LDO的频率响应

2.4.2 LDO的补偿

2.5 小结

第3章 LDO各模块设计及前仿真

3.1 误差放大器的设计

3.1.1 误差放大器的功能概述

3.1.2 误差放大器的主要性能参数

3.1.3 误差放大器的结构

3.1.4 误差放大器的电路设计

3.1.5 误差放大器的前仿真

3.2 基准源的设计

3.2.1 带隙基准源的原理

3.2.2 带隙基准源的结构

3.2.3 带隙基准的主要性能指标

3.2.4 带隙基准的前仿真结果

3.3 功率管的设计

3.4 小结

第4章 LDO线性稳压器的整体前仿真

4.1 DC分析

4.1.1 温度特性仿真

4.1.2 电源DC特性仿真

4.2 AC分析

4.3 瞬态分析

4.3.1 电源上电LDO启动过程仿真

4.3.2 负载瞬态特性仿真

4.4 小结

第5章 LDO线性稳压器版图及后仿真

5.1 版图设计综述

5.1.1 版图设计规则

5.1.2 寄生参数

5.1.3 噪声

5.1.4 匹配

5.1.5 其它考虑因素

5.2 LDO线性稳压器的版图

5.3 LDO后仿真结果

5.4 小结

第6章 LDO芯片的测试与分析

6.1 芯片测试方案

6.2 芯片测试结果

6.3 芯片测试结果分析与改进方案

6.4 小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文