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第一部分 应用...................................................................................1
/ k8 ^+ f o8 V2 T# n3 @* QLDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 18 D$ Y9 H% A( J9 D1 c
LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1, b0 x- @7 }8 J/ H- W# ^0 L
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 1! o3 M$ _" J5 i+ b) h
第二部分 电路设计报告...................................................................5
5 G5 g- _: h$ Z5 z Z( n/ i4 T( Y& t整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5
, _2 { m; ]+ L1 d. [; z; G电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7$ ]. Q( H% O/ E7 T$ z( n4 P( w; F1 ^& @
带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11) z8 M$ ?+ R; @8 S& e+ B
带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 21
7 |% {, U& S1 K; U3 A预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
* c, O3 \, t1 L- L低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27) x3 H t& N: K: G; m( ]
保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31
' w! d: b+ G% l6 b2 D% V; G电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39
8 L6 c# r. Z' i5 G4 ?第三部分 总体电路的仿真 ............................................................43% }6 B2 N3 C' D, c! W, x
直流参数........................................................................................................................................................... 44
1 [ H d3 o8 B/ ~9 P8 D! r线性调整率....................................................................................................................................................... 45 h" j7 S+ \& I5 z
负载调整率....................................................................................................................................................... 46
+ Y$ \+ e& _& R+ i静态电流........................................................................................................................................................... 462 c9 E7 r2 Z; B* j& m
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47
, i; F6 K! {2 m' \噪声仿真........................................................................................................................................................... 48
3 C9 u9 L" P0 b! X交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 49
2 Y- F8 x1 ~! L8 O8 @4 wPSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 52
! V/ f, j& i2 |; U# N第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................566 ^6 T& N9 S& \8 P* m5 Y
/ N* O9 k/ s: q第一部分 应用
2 L" H4 d, J1 n8 l5 t' _LDO 的分析与设计, J" f3 ~5 W8 T5 H# z
本论文完成了一种应用于集成于射频芯片的LDO的分析与设计。本文主要从稳定性、负载瞬态响应、电源抑制比和噪声四个方面进行了分析。然后，采用SMIC 0.18μm CMOS工艺完成了包括功率调整管、电阻反馈网络和误差放大器三个部分的电路设计，并用cadence SPECtre对设计的整体电路进行了仿真和优化，最终实现电路的设计要求，而且可以在片内集成。可在0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，电路正常工作时温度范围：-55℃~+125℃，该电路工作电压范围为2.1～3.6V，输出电压1.8V，输出电压在全范围的波动：≤4mV，输出电压准精度：≤10mV，最小压差在300mV以下，静态电流≤60uA；在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声积分约为，≤20μVRMS@20mA、≤50μVRMS@80mA、≤100μVRMS @300mA；电源抑制比（PSRR，在10KHZ以下）：≥60dB@20mA、≥60dB@80mA、≥60dB@300mA；线性调整率：≤0.1%；负载调整率：≤1%；启动时间：≤100us；电压瞬态响应：≤30us；负载瞬态响应：≤50us；输出启动电压过冲：≤100mV；集成输入欠压过压保护、输出断路保护。另外集成过温保护以及输入软启动电路。
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LDO 芯片的特点
. u! R" G/ D$ z) H, C; v●低静态电流
: {# G/ S, B% @0 j& m' G/ x' j●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强5 F5 W7 ~3 ]1 I. a
●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小 _; Y* T7 S" |; J% C5 h _/ ?& e+ K
●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）9 k# m" j6 w8 m2 `
●可全片内集成
2 R( `7 y: `- g% r6 g. n- |" @4 q* P* z3 s" [: u4 a
LDO 芯片的详细性能参数" o9 G9 \ G# ^
下面将集中讲述一下此次芯片电路设计应该满足的条件，以便于在电路设计过程中有一个总体的设计框架和设计思路。
% b# j# ~8 V( S* C( h/ F% L衡量LDO的性能参数较多，下面介绍主要的几种性能参数。从对这些性能的分析过程中，可以看到各个性能之间不是独立的，性能和性能之间会相互影响和制约。因此，在设计时，要根据具体要求来具体分析。4 `! z6 e1 j- @: Z+ ?6 R
1）电压差(Dropout Voltage) $ D/ n' }/ Y; r% K/ e" f
当输入电压下降时，输出电压不能再恒定在预定的值，这时的输入电压与预定的输出电压的差值就是电压差。在实际设计LDO时，为了达到更高的效率，常常希望电压差越小越好。一般通过增大功率调整管的尺寸，就可以使电压差减小。但是调整管尺寸的增大，会对稳定性、负载瞬态响应及电源抑制等性能有很大影响。因此，在设计时，需要根据具体要求来具体分析。
& Y+ J9 Q# g* a. Z, Z! b2）静态电流(Quiescent current)
2 S+ o0 z/ O% J8 m静态电流也叫接地电流，是LDO内部电路所消耗的电流，等于输入电流与负载电流的差值"低的静态电流能提高LDO的效率，延长电池的使用时间。静态电流包括带隙基准电压源和误差放大器消耗的电流，及调整管通过采样电阻网络到地的漏电流。对于用MOS晶体管做功率调整管的LDO，由于MOS是电压控制器件，因此它的静态电流与负载电流无关。
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发表于 2022-7-28 10:35
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