低功耗瞬态增强型无片外电容LDO

摘要

低压差稳压器(LDO)主要为电路提供一种不随负载阻抗、输入电压、温度及时间变化而变化的电源电压。LDO因其轻巧便宜，可以很好的集成于芯片内部的优点而在日常生活中的手机、电脑等移动电源设备中都有广泛的应用。
　　本文首先简要介绍LDO线性稳压器的工作原理及基本性能指标，然后重点分析有片外电容LDO及无片外电容型LDO电路瞬态特性，在此基础上设计一种快速瞬态响应的输出端无电容线性稳压器。其中:误差放大器采用推挽输出级高摆率放大器，加入锁存对管构建电流快速泄放回路，加速放大器对功率管栅端充放电。瞬态增强电路通过输出端反馈回来的信号，对跨导运放部分的偏置电流加以调制，进一步加速LDO响应恢复时间。对不同参考电压源结构进行分析，通过仿真结果对比得出，对于高摆率电流型跨导运算放大器，驱动电流越大电路瞬态性能越强。调整管采用工作于线性区的小尺寸PMOS管，可以在减小芯片面积同时能流过较大电流。通过对电路结构进行优化，建立LDO小信号模型，计算并分析得到系统的环路增益并推导电路的零极点分布位置，电路可以维持稳定。
　　本文在综合考虑稳定性，瞬态响应性能及低功耗的基础上，设计实现了片内集成的瞬态增强型LDO电路。本文的电路设计基于SMIC0.18μm CMOS工艺完成整体设计，并用Cadence Spectre对所设计电路进行仿真，应用Virtuoso版图工具完成了芯片版图的设计和绘制。仿真结果显示:在输入电压1V，输出电压900mV的情况下，负载发生49.9mA/0.1μs跳变时，瞬态响应时间小于0.62μs，负载瞬态响应过冲与下冲电压小于300mV;负载电流发生49.9mA/1μs跳变时，瞬态响应时间小于1.5μs，负载瞬态响应过冲与下冲电压小于69.4mV。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 LDO发展现状

1．3 本文的研究目的

1．4 论文的主要工作

第二章 低压差线性稳压器

2．1 LDO基本原理

2．2 性能参数

2．2．1 输入／输出电压

2．2．2 压差

2．2．3 静态电流

2．2．4 效率

2．2．5 负载调整率

2．2．6 线性调整率

2．2．7 瞬态响应特性

2．2．8 电源抑制比

2．2．9 噪声

2．3 本章小节

第三章 稳定性及瞬态性分析

3．1 稳定性分析

3．1．1 有片外电容LDO稳定性

3．1．2 无片外电容LDO稳定性

3．2 LDO电路瞬态性能分析

3．2．1 有片外电容LDO瞬态性分析

3．2．2 无片外电容LDO瞬态性分析

第四章 整体电路设计

4．1 电路设计的基本指标

4．2 LDO电路整体结构设计

4．3 调整管设计

4．4 跨导运算放大器设计

4．5 基准电路

4．6 瞬态增强电路

4．7 电压参考电路

第五章 仿真结果分析

5．1 交流稳定性分析

5．2 直流压降仿真

5．3 线性调整率仿真

5．4 负载调整率仿真

5．5 采用基本电流型跨导运放结构瞬态仿真

5．6 改进电流型跨导运算放大器

5．6．1 采用对称二级运放作为电压参考源的LDO电路

5．6．2 采用单支路二级运放的LDO电路

5．6．3 折叠式共源共栅运算放大器作为电压参考源

5．7 摆率增强型LDO电路

第六章 版图设计

6．1 版图设计的基本规则

6．1．1 线宽规则

6．1．2 最大尺寸与最小尺寸的规则

6．1．3 间距规则

6．1．4 包围规则

6．1．5 交叠规则

6．2 版图设计主要流程

6．2．1 布局规划

6．2．2 规则检查(DRC)

6．2．3 寄生参数提取(LPE)

6．2．4 电路图-版图一致性检查(LVS)

6．3 版图设计注意事项

6．3．1 电流密度

6．3．2 匹配性

6．3．3 闩锁效应(Latch up)

6．3．4 静电放电(ESD)保护

6．3．5 噪声

6．3．6 天线效应

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况