一种集成于射频芯片的低噪声LDO设计

摘要

LDO，即低压差线性稳压器，是电源管理方案之一。拥有相当多的优点，比如高电源抑制比、低功耗、低噪声、良好的线性负载率和瞬态响应。现在LDO已经在很多领域中得到广泛应用，如便携式移动电子设备、可穿戴式电子产品、物联网、人工智能等。在射频领域，随着射频芯片的快速发展，LDO得到了大量的应用，可以为射频芯片提供一个低噪声、低功耗的稳定电压，这也是目前全集成射频芯片的发展趋势。
　　本论文基于SMIC0.18μm CMOS工艺，设计了一款集成于射频系统的LDO。首先介绍了LDO的主要性能参数，然后提出了LDO的电路结构方案，并完成了带隙基准电压源、误差放大器、保护电路等主要模块的设计。在对LDO的噪声和稳定性的理论研究基础上，提出了利用米勒补偿电路来保证LDO的稳定性，使设计的 LDO具有极低的静态电流、高电源抑制比和高负载瞬态响应等优点。此外，为了保证电路的稳定工作，还在电路内部增加了过压欠压保护电路、短路保护电路和过热保护电路。
　　在电路设计完成之后，通过Hspice仿真平台对电路整体和各子模块进行仿真验证，并利用版图编辑工具完成LDO的版图设计工作。通过Hspice软件的仿真结果表明：LDO的静态电流为47.1μA，负载调整率为0.003％，达到预期的参数指标。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景及回顾

1.2 本文主要工作

第二章 线性稳压器的工作原理和性能参数

2.1 线性稳压器的概述

2.2 线性稳压器的主要架构设计

2.3 线性稳压器的参数指标

2.3.1 电压降VDrop(Dropout Voltage)

2.3.2 静态电流

2.3.3 转换效率

2.3.4 线性调整率(Line Regulation)

2.3.5 负载调整率(Load Regulation)

2.3.6 输出电压精度(Accuracy)

2.3.7 负载瞬态响应特性

2.4 系统稳定性的研究

2.4.1 基本理论

2.4.2 LDO环路系统模型

2.4.3 补偿方法

2.5 LDO噪声对射频相噪的影响

2.5.1 噪声的来源

2.5.2 LDO内部噪声模型分析

2.5.3 LDO内部噪声的抑制方法

2.5.4 LDO噪声对相位噪声的影响

第三章 电路设计和性能仿真

3.1 系统整体架构概述

3.1.1 启动模块

3.1.2 电流偏置模块

3.1.3 基准电压源模块

3.1.4 带隙基准源的修调电路

3.1.5 预调整放大器模块

3.1.6 低通滤波器模块

3.1.7 保护电路模块

3.1.8 电压跟随器模块

3.2 电路主要参数仿真

3.2.1 直流参数

3.2.2 线性调整率

3.2.3 负载调整率

3.2.4 静态电流

3.2.5 瞬态仿真

3.2.6 噪声仿真

第四章 版图设计

4.1 版图设计的概述

4.1.1 版图的设计方法

4.1.2 版图的设计过程

4.1.3 版图设计中的匹配

4.1.4 版图设计中的耦合

4.1.5 版图的ESD设计保护

4.2 版图的设计和验证

第五章 总结

致谢

参考文献