低压差（LDO）CMOS线性电压变换器的研究

摘要

随着便携电子产品的迅猛发展，适合各类电子产品的新型电源和功率管理集成电路源源不断地涌现。作为分布式电源主流结构的各种功率的开关电源，虽然其效率很高、允许较大的输入输出电压差，但是，其电源的质量(纹波、噪声等)仍不能满足所有的应用，需要进行二次稳定。在这方面，低压降(LDO：Low DropOut)线性调节器不失为一个很好的补充。LDO线性电压变换器具有高质量的输出电压，良好的瞬态特性，外围电路简单以及低成本等主要特点。在电源管理领域具有广泛的应用。其发展方向是更低的输入输出压差和地脚电流，以实现便携式电子产品的电源效率，延长电池续航时间，这一点对便携式产品具有十分重要的意义。 本文基于0.6 um的CMOS工艺，设计了一种LDO线性电压变换器。其输入电压范围为4V-7V，输出电压为3.3V，可以作为对纹波或噪声敏感的后级电路(如CPU、DSP等)的供电电源。在典型负载电流下(600mA)下，输入输出压差为650mY，静态电流只有0.9mA。此电路还具有良好的线性调整率、负载调整率和电源抑制比(PSRR)，能够在各种工作环境下正常工作。此外，本文还设计了过热和过流保护电路，避免电路工作异常时芯片的永久性损坏。基于以上技术优势，使得该电源管理IC具有高效率、低功耗、高精度、低噪声的特点。本文提出的电路基于0.6um的CMOS工艺，经过优化设计，所有仿真结果都在Cadence和Hspice环境下得出，各项参数均达到制定的要求。 在本论文中，作者首介绍了电源管理的市场状况，比较了LDO线性压降变换器和开关变换器的特点，然后阐述了LDO线性压降变换器的工作原理，为整个电路的设计和参数的调整给出合理的理论依据。接着根据功能的需要设计了全部的子电路模块，包括斩波调制基准电压源、误差放大器和保护电路等，并借助设计软件Cadence和Hspice对所有的子电路模块进行了完整的设计和仿真，各项参数均达到或超过先前制定的指标。最后对整体电路进行了仿真，并给出了详细的数据，结果表明其功能和各项参数都满足应用的需要。

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2全球电源管理IC市场分析

1.3国内外电源管理IC供应产商

1.4线性电压变换器的特点和分类

1.5本文的工作

第二章 LDO线性电压变换器概述

2.1工作原理

2.2电路的工作过程

第三章低压差线性降压变换器的总体设计

3.1概述

3.2整体设计考虑

3.2.1最低压差

3.2.2静态电流

3.2.3效率

3.2.4负载调整能力△V/△I

3.2.5线性调整能力△VO/△VI

3.2.6温度系数

3.2.7负载瞬态响应

3.2.8精度

3.2.9稳定性分析

3.2.10噪声分析

3.2.11电源抑制比分析

3.3等效架构原理图

3.4本文设计的LDO实际电路图

第四章子电路模块设计

4.1斩波调制的带隙基准模块

4.1.1传统带隙基准原理

4.1.2运放的失调分析

4.1.3斩波调制工作原理及斩波运放的实现

4.2时钟产生电路

4.3误差放大器

4.4保护电路

4.4.1过热保护电路

4.4.2限流电路

第五章整体电路仿真结果

5.1 DC分析

5.1.1电源DC分析

5.1.2温度DC

5.1.3负载DC分析

5.2瞬态分析

5.2.1输出瞬态响应

5.2.2线性瞬态响应

5.2.3负载瞬态响应

5.3 AC分析

5.3.1电源抑制比分析

5.3.2噪声分析

5.4总体仿真结果列表

第六章结论

致谢

参考文献

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