低压瞬态增强无片外电容LDO线性稳压器的研究与设计

摘要

低压差线性稳压器以其结构简单，低噪声，低功耗以及较小的封装面积和较少的外围器件等突出优点，在电源管理芯片中占有重要地位。传统的低压差线性稳压器需要很大的输出电容来保证其稳定工作，然而大的负载电容与系统大规模集成这一主流趋势相违背。如何进一步减小LDO线性稳压器的片外元件激发了人们的研究热情，无片外电容LDO线性稳压器随之产生，成为当今低压差线性稳压器的研究热点。
　　本文结合当今LDO研究热点和难点以及前人提出的思想和架构设计了一款低电源电压瞬态增强的无片外电容LDO线性稳压器。该芯片采用调整管与其他模块分开供电的双电源电压供电模式。其中，调整管电源电压最低仅为1.3V，有效地提高了LDO线性稳压器效率，降低了LDO功耗。误差放大器采用动态零点补偿，补偿的左半平面零点能跟随负载电流变化，从而可以精确跟踪输出极点的变化，实现了 LDO全负载范围内的稳定工作。在主环路误差放大器后加入了由轨对轨运算放大器实现的缓冲器，能够对调整管栅端进行快速充放电，极大地缩短了负载跳变时主环路的响应时间，提高瞬态响应速度。与此同时，本文借鉴前人的设计思想，在主环路外还额外增加了瞬态增强电路，在主环路还未来得及反应时，由该电路暂时接管对调整管栅端的控制，为调整管栅端的寄生电容提供额外的充放电通路，进一步提高了瞬态响应速度。仿真结果表明，本文设计的无片外电容LDO全负载范围内相位裕度均满足要求，能够实现从空载到满载的稳定工作。同时，当LDO负载电流以1A/us的速率从1mA跳变为3A时，输出电压变化小于95mA输出电压再次恢复稳定的时间小于37us；当负载电流以-1A/us的速率从3A跳变为1mA时，输出电压变化小于45mA，输出电压再次恢复稳定的时间小于340us。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2无片外电容LDO的设计难点

1.3无片外电容LDO研究现状

1.4本文的主要工作及论文结构安排

第二章 LDO线性稳压器的基本理论

2.1 LDO的结构与工作原理

2.2 LDO的典型应用

2.3 LDO的性能指标

2.4 LDO线性稳压器电源抑制比

2.5小结

第三章 无片外电容LDO电路的子模块设计

3.1带隙基准电路

3.2误差放大器电路

3.3调整管

3.4瞬态增强电路

3.5保护电路

3.6小结

第四章 LDO整体仿真

4.1 LDO系统的技术指标

4.2直流特性仿真

4.3交流特性仿真

4.4瞬态特性仿真

4.5小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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