0.18μm CMOS无线传感网络稳压电源模块的设计

摘要

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。
　　 通过对主要稳压电源方案分析与比较，并对WSN射频前端的组成及主要性能指标介绍，本文采用低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)设计方案。在介绍LDO原理及主要设计指标基础上，详细描述了基于0.18μm 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。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，在典型工艺角及室温条件下，LDO的输出为1.8V，电源抑制比能达到-60dB，输出电压的温度系数约为6.67×10-6/℃，静态电流小于36μA，最大负载电流大于100mA，有良好的负载响应特性，仿真结果满足设计指标要求。LDO电路采用0.18μm CMOS工艺流片，芯片实际输出电压约为2V，电源抑制比可达到-76.9dB。文中根据测试结果对电路设计提出了改进方案。
　　 本文设计的LDO稳压电源模块基本满足WSN射频前端的要求，经过进一步优化可以应用于WSN射频芯片中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景与意义

1.1.1课题背景

1.1.2课题意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究目标和主要内容

1.4论文组织

第2章稳压电源方案的分析与选择

2.1稳压电源

2.2直流稳压电源方案的比较

2.3稳压电源方案的确定

2.3.1 WSN射频前端的组成及主要技术指标

2.3.2稳压电源方案的确定

2.4小结

第3章LDO的原理及性能指标的定义

3.1 LDO的基本原理

3.2 LDO的结构

3.3 LDO的性能指标的定义

3.4小结

第4章LDO电路的设计与前仿真

4.1参考电压源

4.1.1带隙基准原理

4.1.2常见的带隙基准类型

4.1.3带隙基准电路的设计

4.1.4带隙基准的前仿真结果

4.2误差放大器及LDO电路中的补偿电路的设计

4.2.1误差放大器的电路设计与仿真结果

4.2.2 LDO的环路稳定性分析

4.2.3补偿结构的设计与分析

4.3功率管

4.4启动电路

4.5保护电路

4.6 LDO整体电路的前仿真结果

4.6.1直流电压扫描仿真

4.6.2直流温度扫描仿真

4.6.3瞬态特性仿真

4.6.4电源抑制特性仿真

4.6.5 LDO前仿真结果总结

4.7小结

第5章版图设计与后仿真

5.1版图设计的概述

5.1.1寄生参数

5.1.2匹配

5.1.3噪声

5.1.4版图设计中的其它注意点

5.2本文设计的LDO版图

5.3后仿真结果

5.3.1直流电压扫描仿真

5.3.2直流温度扫描仿真

5.3.3瞬态特性仿真

5.3.4电源抑制特性仿真

5.3.5 LDO后仿真结果总结

5.4小结

第6章芯片测试与分析

6.1测试方案

6.2测试结果与分析

6.2.1直流电压测试的测试结果与分析

6.2.2瞬态特性测试的测试结果与分析

6.2.3电源抑制特性测试的测试结果与分析

6.3芯片测试结果总结

6.4小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文