一种适用于DDR供电的LDO芯片设计

摘要

随着高新技术的发展，半导体工艺水平的提升，芯片内部集成度较以往大幅提升。对于整颗芯片，成本的原因使得不能对每个内部模块进行单独供电。目前流行的解决方案是芯片采用统一的供电端口，这对供电芯片的稳定性及负载能力要求较高。在各类电源产品中，LDO(LowDropoutRegulator，低压差线性稳压器)由于其出色的噪声性能及稳定性被广泛应用于各类电子产品中[1]。　　当前国外大厂的LDO芯片由于高性能及高可靠性受到国内企业青睐。但是受到目前国际环境影响，国外企业从技术、产品等各方面对我国进行封锁，导致国内的生产及科研进展受到严重的阻碍。为了改善目前的困境，有学者提出可以通过对国外优秀产品国产化替代来应对。本文从该角度出发，对LDO芯片进行研究，并结合DDR供电的具体应用场景，设计了一款兼具电流源及电流沉功能的LDO芯片。　　通过研究文献，并结合上华CSMC0.5μmDoublePolyTripleMetalMixedSignal工艺设计了一款LDO芯片。该芯片包含基准模块、偏置模块、使能模块及驱动模块等，主要有以下重要特征：1.可以提供1.35V最小VDDQ，无需外部电阻便可以满足DDR应用，同时兼容DDR2、DDR3、DDR3L等产品应用；2.提供VREF端口可作为外部电压偏置；3.使能及温度保护模块保证芯片可以稳定工作；4.电流源及电流沉提供最大1.5A的电流，可满足各类应用环境需求。　　最后完成了芯片测试验证，实验结果证明本次设计的芯片可以满足国产化替代的要求，性能良好。

目录

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第一章绪论

1.1 课题研究意义

1.2 国内外现状分析

1.3 主要内容及章节安排

第二章 LDO 的设计原理

2.1 LDO的定义及基本结构

2.2 工作区域

2.3 性能指标分析

2.3.1 精度

2.3.2 效率

2.3.3工作环境

2.4 传统功率级结构分析

2.4.1 传统放大器控制结构

2.4.2 功率级

第三章 LDO 系统设计

3.1 设计指标

3.2 本文设计的系统框图及整体电路结构

3.3 基准电路

3.3.1 带隙基准电路工作原理

3.3.2 本文所设计的基准电路

3.3.3 基准电路启动电路设计

3.3.4 基准模块仿真

3.4 过温保护模块

3.4.1 原理分析

3.4.2 本次设计中实际过温保护电路

3.4.3 温度保护模块仿真结果

3.5 使能模块

3.6 改进误差放大器及功率级设计

3.6.1 设计过程

3.6.2 仿真结果

3.7 稳定性分析及设计

3.7.1 负反馈稳定性推导

3.7.2 本次设计稳定性考虑

第四章 LDO 电路仿真结果与分析

4.1 静态电流分析

4.2 线性调整率及电源抑制比仿真

4.3 负载响应特性

4.4 温度特性

4.5 稳定性仿真

4.6 电流沉功能验证

第五章 LDO 版图设计与实现

5.1 版图的定义

5.2 版图设计流程

5.3 版图匹配设计

5.3.1 工艺失配机理

5.3.2 版图设计中匹配的一般规则

5.4本次设计整体版图规划

第六章芯片实测结果

6.1 传统应用

6.2 DDR-II应用

6.3 DDR-III应用

6.4 SSTL-2应用

6.5 电压拓展应用

6.5.1 电阻拓展应用一

6.5.2电阻拓展应用二

6.6 瞬态特性测试

6.7 静态电流仿真

6.8 本文设计的芯片与国外产品对比

6.9 芯片的 Decap照片

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文