无外接电容型LDO环路稳定性的研究

摘要

受益于半导体行业的飞速发展，各类电子产品已经融入到人们的日常生活，特别是笔记本电脑、平板电脑、智能手机、MP3/MP4等便携式产品已经成为我们生活不可或缺的一部分。在如今提倡低碳环保的国际形势下，合理利用能源变得尤为重要，而在电子产品中实现这一功能的便是电源管理芯片，DC-DC开关电源管理芯片由于其高效低耗的优势，被广泛应用于便携式设备当中，同时市场的需求也为DC-DC开关电源芯片的性能提出了越来越高的要求。
　　DC-DC电源管理芯片内部也是需要供电模块的，一般由LDO(低压差)线性稳压器和基准构成，内部供电模块的性能与否直接影响到芯片自身的可靠性，因此内部供电模块是至关重要的，而LDO的环路稳定性是诸多性能指标中最值得重视的。
　　本文从LDO的基本理论和电性能指标入手，强调出LDO环路稳定性的重要性，再从理论推导中分析了目前应用较为广泛的环路补偿方式。根据对LDO低频增益的需求，设计了一种能够跟踪负载对环路增益进行补偿的电路，针对以往基准预稳压电路对工艺的苛刻需求，及对系统最低工作电压产生负面影响的实际情况，设计了一种自基准LDO，基准和LDO构成自供电自偏置回路，无需再为基准单独供电，这种设计方法，能够有效地缩小DC-DC电源管理芯片内部供电模块的面积，从而减小芯片本身的面积，最终达到降低成本的目的。
　　基于0.5μm BCD工艺，在Hspice仿真平台下，对上述的两种无外接电容型LDO进行了验证。仿真结果表明，跟踪负载增益补偿的LDO，负载从10μA变化至10mA时，补偿前的环路低频增益变化范围为66.3dB～91.1dB，补偿后则为78.8dB～91.8dB，并且补偿电路对LDO自身环路稳定性没有影响。自基准LDO能够支持2V～18V工作环境，静态电流为48.93μA，线性调整率和负载调整率分别为57.27μV/V、28.9mV/mA，LDO和基准构成的自偏置自供电回路增益低于-85dB。自基准的拓扑结构对供电电路面积的减少有明显效果，且不影响LDO环路稳定性，电路实现方式是可行的。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 LDO研究现状和发展趋势

1．3 论文的内容安排

第二章 LDO线性稳压器的基本理论

2．1 LDO线性稳压器的基本结构

2．2 LDO的工作原理

2．3 LDO线性稳压器的主要性能参数

2．3．1 压差(Vdrop-out)

2．3．2 静态电流(IQ)

2．3．3 负载调整率

2．3．4 线性调整率

2．3．5 瞬态响应

2．3．6 效率

2．3．7 电源抑制比

2．4 LDO应用简介

2．5 本章小结

第三章 LDO的环路稳定性

3．1 LDO频响特性

3．1．1 单极点系统

3．1．2 多极点系统

3．1．3 补偿的基本原理

3．2 固定频率点补偿

3．2．1 传统片外补偿LDO环路稳定性分析

3．2．2 无外接电容型LDO的环路稳定性分析

3．2．3 缓冲级的一般形式

3．2．4 调零电阻及电容的使用

3．3 跟踪负载零点补偿

3．4 本章小结

第四章 LDO新型补偿方式

4．1 跟踪负载增益补偿

4．1．1 增益补偿原理

4．1．2 仿真验证

4．2 自基准LDO环路稳定性设计

4．2．1 自基准LDO结构

4．2．2 LDO自身环路稳定性

4．2．3 基准-LDO环路稳定性

4．2．4 仿真结果

4．3 本章小结

结论与未来的工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文情况