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第一部分 应用...................................................................................1# T0 O3 e% Z6 o8 }3 j
LDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 1
5 C. J4 [: v. e" p& h W) ]; |LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 11 f# m0 F6 M2 a% ?; \
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 12 f# x b& b" t# l2 |. l' u* v
第二部分 电路设计报告...................................................................59 H6 Z7 o* I8 k$ L: o3 A" p
整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 5
" o% e3 o; g! i- d' m& C/ A* o电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7
% @) I1 p: @7 N2 Z1 X2 G' |带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11
8 D2 ]3 s U4 [+ e带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 214 A, j4 l8 m S& G8 c1 n) z
预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 23
0 ]/ S. _# q8 B; o低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27
# N0 I5 ~, v7 b# F8 g% _$ _保护电路模块 ................................................................................................................................................... 319 J5 I Z) E& j# V
电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 39
x! m1 c1 E6 u- r1 `- J1 m" V第三部分 总体电路的仿真 ............................................................43* g( K0 `2 B4 T" l% D* T/ n4 H4 F+ e+ b
直流参数........................................................................................................................................................... 44
5 }9 b4 d9 K! Q4 P- j d" N线性调整率....................................................................................................................................................... 45! W* A3 Y/ e, p7 I4 k' r. t1 i+ L
负载调整率....................................................................................................................................................... 46
, P0 i8 K' H4 q8 A2 ^8 Z静态电流........................................................................................................................................................... 46# ^* x: m( M2 l7 J0 C8 c+ R2 t
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47* A7 P( W8 I6 U2 k' k
噪声仿真........................................................................................................................................................... 481 [! h) e+ k- H2 a/ L6 m; m
交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 494 b d( _1 Q5 b- n1 w, U% ?! T; [
PSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 527 q( ~. v! k% {4 F& f# ?- ?
第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................56: f8 {/ r& K6 |, k6 w Z
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第一部分 应用" a. v. F: n: f! \- i
LDO 的分析与设计
+ I' I% T2 q7 ]1 B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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# J) K1 \% j& d9 E) \) r5 |LDO 芯片的特点( [5 e. E* I: L/ f/ l' p
●低静态电流5 }& T, {: P g3 U8 N" l8 x8 Y3 g
●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强
% q5 m7 ~. ~, [7 J& k1 q●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小4 Z1 m/ _% B: a" ~, g I- ]
●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）
! y/ h4 G$ V. M0 v8 ~+ G# `●可全片内集成
# a* [' V" k! |# a) |& U e% ?# O9 I+ T
LDO 芯片的详细性能参数9 B0 E4 H; z, n& b9 s4 X( Y
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。
6 N) N2 B( h. _# y3 S6 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。
1 \2 D* O2 A; ]! [0 u9 P+ o8 w1）电压差(Dropout Voltage)
' P8 O* S0 H! q4 e$ p; b' U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。/ `0 J1 P5 ~9 ?; |/ n" Q# g; i
2）静态电流(Quiescent current) ' s- f4 u- P' u; d# z1 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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