一种LDO线性稳压器的研究与设计

论文摘要

随着微电子技术的迅猛发展,低压差线性稳压器(LDO)作为一种很受关注的电源管理芯片,因其具有低功耗、外接电路简单、噪声低、高电源抑制比、体积小等优点成为电子领域研究开发的热点。本文采用无锡上华CMOS 0.5um器件模型,研究并设计了一款低压差线性稳压器。此LDO主要包含了带隙基准电压产生模块、反馈电阻网络、功率调整管、误差放大器模块,同时加入了修条电路、过热关断模块、短路保护及限流保护模块。该误差放大器设计时采用了折叠共源共栅和推挽输出同相放大器两级结构,并进行了Miller补偿使之具有足够的相位裕度；给功率调整管的漏端支路加入了一组修条电阻以获得不同的输出电压；过热关断模块设计时加入构成迟滞作用电路,以避免因温度变化而出现电路震荡现象；短路保护及限流保护模块在设计时,将由功率调整管的电流镜像而产生的压降与恒定电压比较作为限流控制信号,以实现LDO的高可靠和高稳定性。本文采用Hspice对电路的各大模块及LDO的整体电路进行仿真,仿真结果表明：基准电压约为1.248V,且具有较好的温度特性和较高的电源抑制比；过热关断温度为142度,开启温度为112度,迟滞温度为30度；当Vout小于0.7V时短路保护启动,当负载电流为816mA时限流保护工作；输出可调范围为3V到4.5V；同时LDO的线性调整率及负载调整率均满足指标要求。在考虑器件匹配及版图布局等一系列问题的基础上,使用Cadence的Virtuoso软件对LDO电路进行了版图设计,并对版图进行了DRC、ERC、LVS三种验证,以确保版图的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 电源管理芯片研究的背景及意义
• 1.2 LDO的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 LDO的研究现状
• 1.2.2 LDO的发展趋势
• 1.3 论文的内容及安排
• 第二章 LDO线性稳压器基础理论
• 2.1 LDO线性稳压器的基本构架
• 2.2 LDO的工作原理
• 2.3 LDO的主要参数
• 2.4 LDO环路分析及补偿
• 2.4.1 LDO小信号分析
• 2.4.2 各种补偿方法
• 2.5 本章总结
• 第三章 LDO线性稳压器的各大模块设计
• 3.1 基准电压
• 3.1.1 带隙基准电压的基本原理
• 3.1.2 带隙基准产生的电路图
• 3.2 过热关断模块Thermal shutdown module
• 3.3 过流保护及短路保护模块（over-current and short circuit protection）
• 3.4 误差放大器（Error amplifier）及修调电阻（trimming resistors）
• 3.5 本章小结
• 第四章 LDO线性稳压器的仿真
• 4.1 LDO低压差线性稳压器的各个模块仿真
• 4.1.1 带隙基准电压的仿真
• 4.1.2 过热关断电路的仿真
• 4.1.3 短路保护及过流保护模块的仿真
• 4.1.4 误差放大器模块的仿真
• 4.2 整体电路的仿真
• 4.2.1 启动功能分析
• 4.2.2 过热保护功能的仿真
• 4.2.3 电源抑制比PSRR仿真
• 4.2.4 线性调整率的仿真
• 4.2.5 负载调整率的仿真
• 4.2.6 仿真参数总结
• 4.3 本章小结
• 第五章 LDO线性稳压器的版图设计与验证
• 5.1 版图的设计
• 5.1.1 版图的设计方法
• 5.1.2 版图的设计过程
• 5.1.3 版图设计规则
• 5.1.4 版图设计中的问题
• 5.1.4 LDO线性稳压器整体版图
• 5.1.5 LDO线性稳压器各模块的版图
• 5.2 版图验证
• 5.2.1 验证文件中所包含的内容
• 5.2.2 版图的各种验证
• 5.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢