基于双环路补偿的高负载低功耗LDO线性稳压器的研究和设计

摘要

随着电子技术的飞速发展，电子产品的应用不断普及，特别是便携式电子产品的发展更为迅速，这使得高效的电源管理方案显得越来越重要。低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）因其电路简单、成本低、噪声低、响应快速、高电源抑制比和低功耗等特性成为极具竞争力的电源解决方案之一。因此设计高性能指标LDO芯片是适应电源市场的必然要求。同时IC产业的集成度也越来越高，各种便携式设备的功能集成度也随之增强，往往一个小小的设备就可以集成以前几个设备的功能，并且功能也比以前更加完善，而设备多功能化带来的问题是需要的功率也越来越大，而提供大电流是提高设备功率的重要手段之一，因此研究和设计高负载的线性稳压器具有重要的意义。
　　本研究首先介绍了LDO的基本工作原理，给出LDO各项指标的定义，以及各个指标之间的关系；然后重点介绍了LDO的稳定性以及常用的频率补偿技术，并且结合本研究的设计目标，采用适合高负载的双环路补偿的频率补偿技术设计了LDO的核心模块；设计了LDO中的各个功能模块，重点分析了他们的工作原理，相应的指标要求，通过Cadence公司提供的Virtuso软件实现了电路的搭建，并且通过 spectre软件完成了各个功能模块的仿真；此设计集成了两路可以独立工作的 LDO，两路输出具有分立的电源和独立的使能功能，可以有效的降低系统的静态功耗。在对带隙基准、LDO核心模块、Powergood模块、UVLO模块、复位及复位延时模块、温度保护和过流限制电路等模块设计的基础上，基于华虹0.35μmBCD工艺完成了LDO的整体电路设计。采用Cadence Spectre工具对整体电路进行了仿真。该电路工作电压2.7V～5.5V，两路输出电压分别为3.3V和1.2V，最大输出负载电流分别为1A和2A，低频增益70dB以上，相位裕度50度以上，电源抑制比（PSRR）60dB以上，采用的双环路补偿的频率补偿方法有效的解决了由大负载电流带来的系统稳定性问题，达到了预期的设计目标。最后完成版图设计，后仿真验证，流片，封装，测试工作。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2电源管理芯片分类

1.3发展趋势

1.4论文的研究内容和章节安排

第二章 LDO的基本工作原理和性能指标

2.1 LDO工作原理

2.2 LDO的性能指标

2.3本章小结

第三章 LDO稳定性与频率补偿

3.1负反馈系统的稳定性

3.2 LDO线性稳压器的稳定性

3.3双环路补偿的分析和设计

3.4本章小结

第四章 LDO其它模块电路设计与整体仿真验证

4.1带隙基准电路的分析和设计

4.2 PowerGood和UVLO电路设计

4.3温度保护电路设计

4.4限流电路设计

4.5 RESET及120mS延迟电路设计

4.6 LDO电路整体仿真验证

4.7本章小节

第五章 版图设计和芯片测试

5.1芯片的版图设计与实现

5.2芯片测试

第六章 结论及展望

参考文献

致谢

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