大電流高電源抑制比的低壓差線性穩(wěn)壓器.pdf

1、隨著便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，電源管理芯片的市場需求量越來越大，性能要求也越來越高。其中低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)是一款銷售量最大的電源管理芯片，因為其具有輸出電壓精確，噪聲小，低功耗和易于CMOS集成等優(yōu)點。但是隨著SOC的發(fā)展，電源電壓的噪聲影響越來越明顯，所以LDO的電源噪聲抑制比(PSR)被越來越多的設(shè)計者所關(guān)心。而由于多媒體集成的發(fā)展要求有大的負載電流。所以本文設(shè)計了一款全CMOS的、最大負載電流有300mA的、高PSR的LDO。

2、
　　 本文進行了全面的高PSR的LDO的理論研究，彌補了當(dāng)今PSR理論不完整的缺陷，并首次提出了LDO中擁有最好的PSR直流特性的基本誤差放大器(EA)結(jié)構(gòu)。對LDO閉環(huán)系統(tǒng)的PSR進行了建模和計算，并列表分析了結(jié)果。通過MOS管小信號模型、基爾霍夫定律和mathematica工具，推導(dǎo)出輸出級和6種典型放大器的PSR直流增益，零極點表達式；并通過cadence的spectre軟件對計算結(jié)果進行了仿真驗證。通過表格列舉和對比8

3、種兩級EA的PSR特性，得到了第一級為NMOS輸入的差分運放、第二級為PMOS管輸入的共源級放大器，即N-DA+P-CS結(jié)構(gòu)的EA擁有最好的PSR直流特性。所有理論分析均通過仿真得到了驗證。本工作為設(shè)計高PSR的LDO提供了良好的理論支持，使得在設(shè)計電路時候可以通過查表的方式，兼顧LDO的電源噪聲抑制特性和頻率補償?shù)绕渌阅?。通過對現(xiàn)有高PSR的LDO結(jié)構(gòu)進行研究，一個總的設(shè)計規(guī)則被提了出來，那就是想要得到高的PSR必須使主功率管的柵源

4、電壓Vgs保持一個恒定的值。一款基于此設(shè)計規(guī)則的LDO被提了出來。它主要包括了Bandgap部分和LDO_core部分。Bandgap部分含有一個高穩(wěn)定性的電流源、一個采用了負反饋預(yù)穩(wěn)壓技術(shù)來獲得高PSR的基準(zhǔn)電壓源，還有一個擁有遲滯功能的熱保護電路。功率管和誤差放大器是LDO_core部分的重要組成者。這里也討論和研究了本項目的頻率補償，保證了在高PSR要求的同時，兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性。限流保護電路和短路保護電路也是LDO實際應(yīng)用中不可或

5、缺的，本文對其進行了量化分析和設(shè)計。然后進行了整個系統(tǒng)在不同工藝角、不同電源電壓和溫度下的仿真，滿足了項目要求之后又進行了版圖設(shè)計和后仿真。本文采用標(biāo)準(zhǔn)CMOSTSMC0.18um工藝，設(shè)計了一款大負載電流、高PSR的LDO。輸出電壓為1.8V，在300mA最大負載電流時有170mV的漏失電壓。后仿真結(jié)果顯示當(dāng)輸出電流為100mA時，PSR在1kHz時為106dB;而當(dāng)全負載時有1kHz有85dB的PSR。與其他論文相比可以發(fā)現(xiàn)本項目設(shè)