应用于SoC的无电容LDO的设计与实现

摘要

随着便携式电子产品向着更小型化、功能更强的方向发展，片上系统（System on Chip，SoC）成为集成电路发展方向。线性稳压器（Low Dropout regulator，LDO）因其外围应用简单，输出纹波小、噪声小、成本低、较高的电源抑制比等优点更容易集成于SoC系统中。无电容型LDO比传统LDO相比更容易集成在SoC中，但是无电容LDO在瞬态响应和稳定性上存在着许多缺点。为了提高系统的待机时间，对LDO的静态功耗提出了较高的要求，无电容型LDO的瞬态响应和稳定性在此要求下更加具有挑战性，因此在低功耗下设计出具有良好瞬态响应的无电容型LDO成为当今研究的热点和重点。
　　本论文首先阐述了LDO的基本指标，主要推导线性调整率，负载调整率和电源抑制比公式，并指出他们之间的折衷关系。着重分析了传统LDO的瞬态响应过程和所有影响瞬态响应特性的因素，并与无电容型LDO瞬态响应过程进行了对比。在该分析上提出一种基于电压尖峰探测的瞬态增强电路（Slew Rate Enhancement， SRE），主要由采样电容、改进型电流镜和电流比较器构成，该结构只在输出电压变化时才消耗静态功耗，但能有效的提高了调整管栅极电容充放电的速率，改善LDO的瞬态响应特性。利用电压尖峰探测的All-in-one线性稳压器存在诸多缺点，本论文在该结构上改进，获得鲁棒性更高，低功耗的LDO。最后基于上述研究，在0.13μm CMOS工艺下，设计一款无电容型瞬态响应增强LDO，应用于手机SoC芯片中。并给出了设计过程和芯片规格定义，晶体管级原理图，子电路仿真图。仿真结果表明：在无任何外接电容、静态电流为15μA、最小输入输出压差为300mV的条件下，负载在1微秒内从空载跳变为满载100mA时，输出下冲电压为160mV，与无瞬态响应增强电路LDO相比，减少了150mV。最终完成流片、封装、测试，并验证了仿真结果。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 LDO芯片发展趋势

1.3无输出电容型LDO的研究

1.4 论文的研究内容和机构安排

第二章 LDO原理与理论基础

2.1 LDO工作原理

2.2 LDO的主要参数

2.3 调整管的选择和设计

2.4 无输出电容型LDO的设计挑战

第三章 LDO瞬态响应分析

3.1常用LDO瞬态响应分析

3.2无电容型LDO瞬态响应分析

3.3 现有LDO瞬态响应增强技术

3.4 基于电容耦合的LDO瞬态响应增强技术

第四章 瞬态增强的无电容LDO电路设计与仿真

4.1无电容型LDO电路实现

4.2瞬态增强的无电容型LDO整体仿真

第五章 版图设计与测试

5.1芯片的版图设计与实现

5.2 芯片的测试与结果分析

第六章 结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果