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第一部分 应用...................................................................................1
: C# \: Y0 C" h- qLDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 1! F D8 S" H x7 T! Z3 n! W$ @, }7 b
LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1- ^! F8 [2 W$ z" H0 a' f
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 1
8 n: e* n" M' ?! s% ?第二部分 电路设计报告...................................................................5$ {, `8 o V! I
整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5/ t' E* T4 J0 O# l5 r( u
电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7
! W; q; }! x+ S6 \带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................117 t3 z5 ^. K" |0 D; p& ]
带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 219 c1 E3 m6 j" J- T. Y) y
预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
/ r; v" d& W. O5 d' V$ x低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27
- B* Y/ n6 B) x2 d% U" y保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31/ ?* T7 u* n3 S/ C2 P8 R# M
电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39
+ u* @& x6 ^% `7 I5 f第三部分 总体电路的仿真 ............................................................43% j& L+ A; ~) [& z& R
直流参数........................................................................................................................................................... 44+ Q H/ U8 }; t
线性调整率....................................................................................................................................................... 45
, j# l5 a+ M, j- \8 T' ^" w负载调整率....................................................................................................................................................... 46: E* X1 F: \: y% e) O8 `
静态电流........................................................................................................................................................... 46: W& n# U- r g3 a; n
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 475 h: i: ~) M- U2 w5 X5 [, q7 M
噪声仿真........................................................................................................................................................... 48
! |) w+ V- p, M( N8 ]交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 497 G$ p' f0 T) y6 ~1 y
PSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 526 f6 B4 O1 Q# f8 g. Y7 K
第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................567 l& K+ V# @) J/ w( {- f
: i0 }) ?* _! g/ B V+ M: F. D& R
第一部分 应用
$ x @% j2 r6 l* d. d, W T8 iLDO 的分析与设计% R& M( p" p6 K4 p3 `- 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。
4 C9 J) t8 m0 ~3 ?% p+ M K) O3 F" ~) X# v
LDO 芯片的特点% w5 h4 l9 U, a9 u# ^7 i- f
●低静态电流 i- S- `+ |" r2 \" c
●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强0 [5 c" b$ W1 z( @+ E
●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小7 t4 W( [& G! `5 C' p
●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）; J1 f4 W4 u! m6 R0 W; x
●可全片内集成
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LDO 芯片的详细性能参数4 D2 E- l9 X+ ?) C# {
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。
; R1 F4 {- _( W. v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。% T3 K) j \* k; [" ~. ]( M: o
1）电压差(Dropout Voltage) 1 v# ^# U) e y# @2 |& i4 Y# t
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。
! Q, t7 j- l- d% K$ {, B1 k/ X2）静态电流(Quiescent Current) / S) V& v9 B& x- D3 ^5 q9 g
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。" D0 g- u+ V, |5 `) X' I, B
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发表于 2022-8-23 09:32
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