应用于降压型开关电源的LDO设计与研究

论文摘要

随着移动通信技术的快速发展,低功耗、高效率的电源管理技术成为必然趋势。本论文提出一种低压差线性稳压器（LDO）与开关电源相结合的电源管理方案,利用LDO输出噪声低、稳定性高的特点,为降压型开关电源芯片内部电路提供高质量的电源。结合上面设计方案的要求,文中给出一种适合于为降压型开关电源供电的LDO架构,其基准源电源由LDO输出级来提供,使得系统噪声降低,内部功耗减小;通过对LDO的系统分析,在输出端采用适当的补偿措施,使得环路更加够稳定;按照设计方案要求,本架构设计了一种具有两种切换状态的LDO输出级,既可以为内部开关电源供电,也可以直接驱动外部负载;设计中还增加了功能电路包括比较器及一些逻辑控制模块,保证基准源电源供电切换顺利;文中采用高速双极器件与低功耗MOS器件特性相结合的BiCMOS制造工艺,可以使设计方案得到更好的实现。文中使用Hspice软件对LDO系统进行仿真,结果表明系统能够正常运行,各个子模块电路及其性能指标均达到设计要求。该LDO的输入电源电压范围3～6.5V,工作温度范围-25～125℃。在电源电压5V,环境温度25℃时,LDO输出稳定电压2.8V,最大输出电流为180mA,压差电压为200mV。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 IC电源管理现状与发展
• 1.2 LDO与开关稳压器简介
• 1.3 LDO在新方案中的应用
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 LDO工作原理及架构
• 2.1 内部LDO系统架构
• 2.2 LDO稳压器的工作原理及子模块功能介绍
• 2.2.1 LDO线性稳压器工作原理
• 2.2.2 LDO内部子模块介绍
• 2.3 LDO主要性能参数定义
• 2.4 LDO环路稳定性分析及补偿
• 2.4.1 LDO小信号分析
• 2.4.2 LDO系统补偿
• 2.5 本章小结
• 第三章 LDO子模块的设计与仿真
• 3.1 带隙基准电压源
• 3.1.1 带隙基准电压源分析
• 3.1.2 带隙基准电压源电路实现
• 3.1.3 仿真与结果验证
• 3.2 基准电流源
• 3.2.1 基准电流源原理
• 3.2.2 基准电流源电路实现
• 3.2.3 仿真与结果验证
• 3.3 误差放大器设计
• 3.3.1 误差放大器的设计性能指标
• 3.3.2 误差放大器电路实现
• 3.3.3 仿真与结果验证
• 3.4 调整管设计
• 3.4.1 调整管的类型
• 3.4.2 调整管尺寸的确定
• 3.4.3 调整管驱动电压变化范围
• 3.5 本章小结
• 第四章 其它功能电路设计与仿真
• 4.1 比较器模块设计
• 4.1.1 滞回比较器功能分析
• 4.1.2 比较器中运算放大器电路实现
• 4.1.3 施密特触发器电路图
• 4.1.4 仿真与结果验证
• 4.2 逻辑转换单元
• 4.2.1 逻辑转化单元分析
• 4.2.2 逻辑单元电路设计
• 4.2.3 仿真与结果验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 LDO综合性能分析与仿真
• 5.1 直流特性仿真与分析
• 5.1.1 线性调整率分析
• 5.1.2 负载调整率分析
• 5.1.3 直流温度特性分析
• 5.1.4 静态电流
• 5.1.5 压差电压的温度特性
• 5.2 交流特性仿真与分析
• 5.2.1 纹波抑制比
• 5.2.2 噪声分析
• 5.3 瞬态特性仿真与分析
• 5.3.1 LDO瞬态输出过程
• 5.3.2 线性瞬态响应
• 5.3.3 负载瞬态响应
• 5.4 仿真结果数据表
• 5.5 Layout设计
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献