快速瞬态响应无片外电容LDO研究与设计

摘要

伴随着智能终端设备，如手机、手环、手表、电视以及日趋火爆的智能家居等迅速发展，各类电子产品已经融入人们不可或缺的日常生活中。电源管理芯片作为电子产品的核心成分，不但使得产品体积减小、成本降低，功耗也在不停的降低，迎合了如今低碳环保的国际形势。
　　本文设计了一款无片外电容LDO，主要提升其瞬态特性与稳定性，给出了详细的设计流程，分别对误差放大器、调整管、瞬态加强电路进行优化与设计。这些优化设计有效提高了无片外电容的稳定性，降低了芯片失效与逻辑混乱的风险。
　　研究了可以提高瞬态响应的方法。通过分析几类误差放大器结构特点，选择合适结构对参数进行优化与设计，通过提高增益与摆率来加强瞬态响应。论文研究了功率管类型，并提出本文设计方案，通过理论推导，对功率管参数进行优化。
　　论文研究了无片外电容LDO的瞬态特性。本文首先分析传统LDO片外大电容作用，为无片外电容LDO研究做理论基础，重点研究了无片外电容LDO瞬态特性。针对影响瞬态特性的重要因素，提出一种无片外电容LDO瞬态加强电路结构。该方法在负载变化时，会检测到负载变化情况以电压形式输出，再通过RC微分电路将检测电压信号变成尖峰脉冲，通过瞬间导通MOS管转换为电流信号，最后叠加到误差放大器的尾电流上，通过加强误差放大器的摆率来提高功率管充放电速度，减小过冲电压。
　　论文研究了LDO的稳定性。通过对本文的结构进行小信号分析，推导零点与极点公式，在系统的第一个主极点后面采用RC电路进行左半平面零点补偿，增加相位裕度提高稳定性。
　　最后，本文基于0.5μmBICMOS工艺进行设计，通过Hspice平台仿真验证，结果表明，负载电流经过1μs从1mA～100mA变化，下冲145mV，经过1μs从100mA～1mA变化，过冲为129mV。在静态工作时，静态功耗为50μA，负载响应时间最大仅为1.3μs，输入信号3dB带宽为1668Hz，0dB带宽高达30megHz，且整个补偿电容仅为4pF。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 LDO发展趋势

1．3 无输出电容LDO技术现状

1．3．1 LDO环路补偿技术现状

1．3．2 无片外电容LDO瞬态加强技术现状

1．4 论文内容安排

1．5 小结

第二章 低压差线性稳压器基本原理与性能指标

2．1 LDO基本结构

2．2 LDO工作原理

2．3 LDO性能指标

2．3．1 压差Vdropout

2．3．2 静态电流

2．3．3 转换效率

2．3．4 电源噪声抑制比

2．3．5 负载调整率

2．3．6 线性调整率

2．3．7 瞬态响应

2．3．8 精度

2．4 无片外电容LDO与传统LDO主要区别及其设计要点

2．5 小结

第三章 本文LDO结构设计

3．1 工艺选择

3．2 误差放大器

3．2．1 误差放大器常见结构

3．2．2 本文使用的误差放大器结构与仿真验证

3．3 调整管参数设计

3．4 小结

第四章 瞬态增强电路与LDO交流小信号分析

4．1 传统LDO的瞬态响应

4．2 瞬态增强电路的意义

4．3 瞬态增强电路的结构分析与仿真验证

4．3．1 瞬态增强电路的结构分析

4．3．2 仿真验证

4．4 交流小信号分析与仿真验证

4．4．1 交流小信号分析

4．4．2 仿真验证

4．5 其他指标仿真验证

4．5．1 最小压差Vdropout

4．5．2 线性调整率

4．5．3 负载调整率

4．5．4 温度特性

4．5．4 电源抑制比

4．6 小结

总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文