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第一部分 应用...................................................................................1
$ [' y8 V+ l5 R0 |$ g* |4 HLDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 1, Z6 W/ I7 }! w
LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1. K1 O) m' d _. K
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 12 y' D! E7 `8 j; K0 N
第二部分 电路设计报告...................................................................59 @7 h3 a. d$ p; W. n0 I d, q6 Z. `
整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5
0 i- p% m4 e. h6 X7 l电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7, U2 L! Q F3 [
带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11
7 K3 L! N2 M8 M3 h D带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 21
! L7 T9 O/ @1 d7 ~/ f预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
8 H3 r D% H/ r7 G2 Z T低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27( F( ?( f3 A) X
保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31
: t% n0 V0 K* i9 _1 D8 b电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39: Q$ l1 q) K$ e9 o; e
第三部分 总体电路的仿真 ............................................................435 d' g0 A% _( E! Z1 [. q7 C1 A: u
直流参数........................................................................................................................................................... 44
" X$ d. t5 \4 |5 D- Z! ], i* c& M/ f# J* T线性调整率....................................................................................................................................................... 45 m0 U& y2 b7 w" q4 v! v
负载调整率....................................................................................................................................................... 46+ ?- [( u8 M+ e& L- v
静态电流........................................................................................................................................................... 46
h( R# @: Y$ E& ?- I瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47
0 S3 Z! {* g( u; ~3 h噪声仿真........................................................................................................................................................... 482 t w6 O& J0 H0 @( x7 _
交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 49
- t7 _) J H. n6 {- u, e+ EPSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 52
1 o* r# @9 h5 ?+ }+ @1 `8 q第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................56
' ^9 ~1 Q5 J+ d) P& x x3 d" N8 u; m( P
第一部分 应用
+ R8 [5 ~4 A. K, H; B, D4 DLDO 的分析与设计* P# s) M6 \" y# A7 k; M- Q# 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。) ~! f" [8 m" N/ G* F z
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LDO 芯片的特点( E+ V& N! ^7 s# g
●低静态电流
: h3 k% c* |$ l1 m' \●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强
7 p3 q, @7 v7 ^& h; C" ~●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小
$ d- Z. `* N: p# \% }●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）
) Z: Y- D9 P* q' p8 ~- b3 r( a●可全片内集成6 ~% @& H/ @' A/ \- N
3 E% @ ^* B. w& i% f* D
LDO 芯片的详细性能参数
! w& g: W: C0 p- s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。
2 t0 E- {: Q5 n y4 n) P" V: f# x/ r! [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。
! a* L0 h F0 w) T9 P! u* T1）电压差(Dropout Voltage) " \; \: o: {' b
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。
' M! [9 P4 M$ V2）静态电流(Quiescent Current) % e* p1 d+ ^" e3 s1 f+ s
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。8 r. ^5 r' p3 ?. x' @
) l4 [. e$ b, y/ t( ^4 P- e* D6 z' F! ?3 y! F7 G8 A6 ?6 w
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发表于 2022-8-23 09:32
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