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低噪声、高PSRR LDO电压调节器的设计

作　者: 徐洪川
导　师: 傅兴华
学　校: 贵州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电源管理低压差稳压器电源抑制比噪声
分类号: TM44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 40次
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内容摘要

低压差线性稳压器(LDO)以其高PSRR、超低噪声、微功耗和极低的成本、外围器件少等优点将在电源管理市场上占有重要的一席。它被广泛应用于汽车电子产品、便携式电子设备、通讯设备、工业和医疗设备领域。因此,开展本课题的研究具有特别重大的现实意义。本文设计了一款高电源抑制比、低噪声低压差线性稳压器芯片,它采用0.5微米CMOS工艺设计,有良好的电源抑制比(低频时超过75dB),支持较宽的输入电压范围(2.5～6V),输出电压为1.8V,在典型电流(500mA)情况下,压差为150mV。该电路主要用作对电源敏感的后级电路(如射频电路、VCO等)的电源电压。此外,芯片中还集成了过流保护电路和过热保护电路,保证电路的安全工作。基于以上技术优势,该芯片适用于手机、数码相机、mp3、mp4播放器、PDA等手提移动设备的供电模块。本文首先阐述了低压差线性稳压器的基本理论,包括基本工作原理和主要的电路指标,然后根据性能需要进行了深入的技术研究和完整的电路设计。借助设计软件Cadence对电路进行了完整的设计和仿真,给出了合理的电路数据。仿真结果表明该电路实现了设计功能,达到了预定的设计指标。最后对全文进行了总结。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-15
  1.1 电源管理技术的发展现状及分类  8-10
  1.2 LDO电压调节器概述  10-13
    1.2.1 LDO的特点  10-11
    1.2.2 LDO的应用  11-13
  1.3 本文的工作  13-15
第二章 LDO电压调节器的基本理论  15-32
  2.1 LDO电压调节器的结构和工作原理  15-17
    2.1.1 LDO电压调节器的结构  15-16
    2.1.2 LDO电压调节器的工作原理  16-17
  2.2 LDO电压调节器的设计参数  17-24
    2.2.1 压降(Dropout Voltage)  18
    2.2.2 效率η  18
    2.2.3 静态电流Iq  18-19
    2.2.4 负载调整率(Load Regulation rate)  19
    2.2.5 线性调整率(Line Regulation Rate)  19-20
    2.2.6 负载瞬态响应(Load Transient Response)  20-21
    2.2.7 频率响应(Frequency Response)  21-23
    2.2.8 精度(Accuracy)  23-24
  2.3 高电源抑制比(PSRR)的研究与实现  24-28
    2.3.1 电源抑制比的定义:  24
    2.3.2 电源抑制比的重要性  24-25
    2.3.3 LDO电压调节器中的PSRR分析  25-27
    2.3.4 LDO电压调节器中提高PSRR的方法  27-28
  2.4 低噪声特性的研究与实现  28-31
    2.4.1 噪声特性的研究意义  28
    2.4.2 噪声特性研究  28-30
    2.4.3 CMOS工艺噪声特性研究  30-31
    2.4.4 低噪声特性的实现  31
  2.5 本文的技术指标  31-32
第三章电压基准源的设计  32-49
  3.1 电压基准源的性能指标  32-34
  3.2 电压基准源性能讨论  34-37
    3.2.1 隐埋齐纳二极管基准电压源  34-35
    3.2.2 XFET电压基准源  35-36
    3.2.3 带隙基准电压源  36-37
  3.3 带隙电压基准源  37-41
    3.3.1 带隙基准源的基本结构及原理  37
    3.3.2 负温度系数电压的产生  37-39
    3.3.3 正温度系数电压的产生  39
    3.3.4 带隙基准基本原理的实现电路  39-40
    3.3.5 典型的一阶带隙基准电路  40-41
  3.4 影响带隙基准性能的因素  41-44
    3.4.1 运放失调的影响  42
    3.4.2 电阻匹配误差的影响  42-43
    3.4.3 电流镜失配引入的误差  43-44
    3.4.4 PNP管集电极面积比的误差  44
    3.4.5 PNP管的β和欧姆电阻的影响  44
  3.5 电路的实现  44-46
  3.6 电路的仿真  46-49
第四章误差放大器的设计  49-61
  4.1 运算放大器的原理  50-54
    4.1.1 理想运放  50-52
    4.1.2 实际运放  52-54
  4.2 设计思想  54
  4.3 性能参数  54-56
  4.4 误差放大器的设计  56-61
    4.4.1 误差放大器电路的实现  56-58
    4.4.2 误差放大器的仿真  58-61
第五章调整管的设计  61-66
  5.1 调整管结构的选择  61-62
  5.2 PMOS调整管工作原理  62-65
  5.3 调整管的尺寸设计  65-66
第六章保护电路  66-74
  6.1 温度保护  66-69
    6.1.1 温度保护原理  66-67
    6.1.2 温度保护电路的实现  67-68
    6.1.3 温度保护模块仿真  68-69
  6.2 过流保护  69-74
    6.2.1 过流保护原理  70-71
    6.2.2 过流保护电路中比较器的设计  71-72
    6.2.3 电压比较器的仿真  72-73
    6.2.4 敏感电阻的选择  73
    6.2.5 过流保护电路仿真  73-74
第七章 LDO电压调节器的仿真结果  74-78
  7.1 压差电压  74-75
  7.2 输出电压随温度变化曲线  75
  7.3 负载调整率  75-76
  7.4 线性调整率  76
  7.5 噪声输出  76-77
  7.6 电源抑制比  77-78
第八章总结  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录  84

低噪声、高PSRR LDO电压调节器的设计

内容摘要

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