集成于射频芯片的LDO电路设计/仿真报告

RGB_lamp · 发表于 2022-7-28 10:35

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第一部分应用...................................................................................1
LDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 1
LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 1
第二部分电路设计报告...................................................................5
整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5
电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7
带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11
带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 21
预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27
保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31
电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39
第三部分总体电路的仿真 ............................................................43
直流参数........................................................................................................................................................... 44
线性调整率....................................................................................................................................................... 45
负载调整率....................................................................................................................................................... 46
静态电流........................................................................................................................................................... 46
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47
噪声仿真........................................................................................................................................................... 48
交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 49
PSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 52
第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................56

第一部分应用
LDO 的分析与设计
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。

LDO 芯片的特点
●低静态电流
●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强
●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小
●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）
●可全片内集成

LDO 芯片的详细性能参数
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。
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。
1）电压差(Dropout Voltage)
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。
2）静态电流(Quiescent current)
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。