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第一部分 应用...................................................................................12 W! `0 b+ g, k! S
LDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 1
' e9 H+ t. m; o' ILDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1
* z0 l4 [( f! w0 t" _LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 1
* T; ~/ ]& U8 L$ c1 K( g# i第二部分 电路设计报告...................................................................5
% {8 ^5 f7 m6 Z: u1 [6 w整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5* p% K% f1 @' U% T6 i0 u" ?$ k9 g7 t
电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7
5 F" y; d. p4 P/ u7 c" C* g# H! g带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11+ d1 i$ s5 H) v9 W/ T( G" y
带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 21( C$ Y- v3 V9 S$ m7 j
预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
* L1 Y2 g6 l0 g& P( ~' |8 d6 N低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27: d7 j0 b$ U2 H4 [$ r
保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31
# v& o, ]7 R* r0 j5 ? y电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39
F0 P k5 F6 L3 S, r+ p! P/ K6 f1 B第三部分 总体电路的仿真 ............................................................43
$ ^- \/ J1 q" H) U直流参数........................................................................................................................................................... 44, K% p4 ?- V) e
线性调整率....................................................................................................................................................... 45* m6 ]' O* o2 j: {" B
负载调整率....................................................................................................................................................... 46
0 t a- |+ v: V3 a/ ~) Y静态电流........................................................................................................................................................... 461 W2 u! [+ u0 @8 {- a
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47, t* G* U& f4 h/ ]2 g3 X
噪声仿真........................................................................................................................................................... 48) c; R. H, C5 | q. j5 f. l/ ]
交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 49) @1 D; [3 X7 n3 d; V
PSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 52
/ N# j; }( _& T) P第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................56$ X# Q8 v1 w+ `9 |' L
; Q0 D. K0 s; Y7 @. [5 _. R
第一部分 应用( g# s8 u5 U% S3 L- @3 w6 o
LDO 的分析与设计$ H$ W3 `/ e8 _8 b4 F1 H- u, R
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。& E) u' R& h( Y
0 x0 Q$ Q& _' d( s
LDO 芯片的特点) d2 T7 a0 v( b" u( v1 ^& Z! h
●低静态电流$ @5 A& n, n8 ^" U# }2 v
●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强+ c k5 W e! u- }
●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小
& i5 o- x! g. e4 O- {●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）, h& E" d, `5 o5 Z9 W# O
●可全片内集成1 T; m4 d9 N0 s8 ]
) w* Z! x2 ~/ p6 R3 FLDO 芯片的详细性能参数* f2 A1 g J$ S! k4 u
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。
: K: \" b; R3 v) M% G( F3 T5 |3 N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。
' s3 Q- K- G: N5 R! l2 O1）电压差(Dropout Voltage) ( R2 |: G$ j3 `* D0 p) B1 r
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。; o& U* c5 C9 r* d- Q. ^9 n* X
2）静态电流(Quiescent current) 0 h1 q( y( J+ S0 m1 R& Y/ }8 _
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。/ M: C9 v: G+ r4 }6 ]
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发表于 2022-7-28 10:35
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