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用于片上系统的全片上集成、低压差线性稳压器的设计

作　者: 马海峰
导　师: 周锋
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 片上系统低压差线性稳压器三级运算放大器频率补偿稳定性
分类号: TM44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着CMOS工艺技术的不断发展,集成了越来越多功能模块的片上系统(SoC)逐渐成为工业界设计的主流与核心竞争力所在。在SoC的设计中,为了避免不同模块之间电源噪声的相互串扰,通常需要采用多个本地独立电源为各个模块供电。在这种情况下,全片上集成的、无需消耗额外的芯片管脚的低压差线性稳压器(LDO)的设计对于进一步提高SoC的集成度和减少PCB板级原材料成本显得很有实际意义。本文首先介绍了LDO电路的常用结构以及表征LDO电路性能的一系列指标。另外,还介绍了LDO电路设计中的一系列设计考虑,如频率补偿,瞬态响应,噪声性能等等。为了给全片上集成LDO电路的频率补偿结构提供参考和借鉴,本文随后介绍了驱动大负载电容的三级运算放大器的设计。在详细的介绍了用于频率补偿中的电流缓冲器模块后,提出了一种高性能的采用嵌套式有源密勒补偿的三级放大器的频率补偿结构,并给出了数种该结构放大器的晶体管级的实现方式。其后,本文详细的分析了全片上集成LDO在设计上遇到的一系列问题并随后介绍了一种能够在全负载电流范围内完全稳定的、面积优化的低压差线性稳压器的结构。为了验证上述电路,在之后的章节中给出了三级放大器以及全片上集成LDO电路的芯片验证和测试结果。同时还给出了与已有的数种同类型电路的性能比较。从而充分的证明了本文所提出技术的有效性与先进性。

全文目录

目录  2-4
摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章概述  6-9
  1.1 研究动机  6-7
  1.2 论文研究内容及贡献  7
  1.3 论文组织结构  7-9
第二章 LDO的基本结构及性能指标  9-20
  2.1 LDO的基本结构  9
  2.2 LDO的性能指标  9-12
    2.2.1 直流特性  10-11
    2.2.2 交流特性  11
    2.2.3 瞬态特性  11-12
    2.2.4 效率  12
  2.3 LDO电路的设计考虑  12-20
    2.3.1 环路稳定性  12-16
    2.3.2 噪声  16-17
    2.3.3 电源抑制比(PSRR)  17-20
第三章三级运算放大器的频率补偿  20-37
  3.1 三级运算放大器的基本补偿结构  20-24
    3.1.1 基本补偿结构  20-23
    3.1.2 与两级运算放大器的性能比较  23-24
    3.1.3 近期进展  24
  3.2 基于电流缓冲器的有源密勒频率补偿  24-29
    3.2.1 基本结构  24-26
    3.2.2 带宽拓展效应  26-27
    3.2.3 电容倍增效应  27-28
    3.2.4 用于正向放大级的有源密勒补偿电路  28-29
  3.3 用于大负载电容三级运算放大器的嵌套式有源密勒频率补偿技术  29-35
    3.3.1 频率补偿结构  29-34
    3.3.2 晶体管级设计  34-35
  参考文献  35-37
第四章全片上集成LDO的分析和设计  37-49
  4.1 全片上集成LDO的设计挑战  37-42
    4.1.1 频率补偿  38-40
    4.1.2 瞬态响应  40-41
    4.1.3 最新进展  41-42
  4.2 一种面积优化的全片上集成LDO的分析和设计  42-48
    4.2.1 电路结构  42-44
    4.2.2 环路稳定性的详细分析  44-48
  参考文献  48-49
第五章芯片验证和测试结果  49-63
  5.1 三级运算放大器  49-58
    5.1.1 流片验证  49-50
    5.1.2 测试过程  50-58
  5.2 全片上集成LDO  58-62
    5.2.1 流片验证  58-59
    5.2.2 实验结果  59-62
  参考文献  62-63
第六章总结与展望  63-65
  6.1 成果总结  63
  6.2 未来展望  63-64
  参考文献  64-65
致谢  65-66

用于片上系统的全片上集成、低压差线性稳压器的设计

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