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一种采用有源频率补偿的低压差线性稳压器设计

作　者: 王一丁
导　师: 兰家隆
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 低压差线性稳压器有源频率补偿有效电容倍增缓冲级阻抗衰减
分类号: TM44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当今世界,电子技术的发展十分迅速,各种便携式电子产品的广泛普及应用对电源管理产品的性能要求越来越高。高度集成化、智能化、功能强大的单片电源管理集成电路代表着电源管理发展的主流方向。单片集成的电源管理芯片具有低成本、高效率等优点,而且能够使多电源系统集成在一个芯片上,从而提高系统的集成度,为用户提供多样的选择。本论文设计了一种采用有源频率补偿的低压差线性稳压器(LDO),论文首先介绍了电源管理集成电路的研究现状和发展趋势,并对LDO的结构和工作原理进行了分析,然后从系统设计的角度分析了LDO系统的瞬态响应,寻求到影响系统性能的电路参数指标;并通过建立系统的交流小信号模型对其频率响应进行分析,获取了影响系统环路稳定的因素。文中重点分析介绍了LDO的频率补偿技术,分析了多级放大器三类频率补偿方法(极点分裂逼近、复极点逼近和零极点抵消)和一些基于这些方法发展而来的具有代表性的频率补偿技术,以及这些技术应用于LDO频率补偿时的优缺点。综合各种因素的折衷考虑,本文对LDO采用了一种有源频率补偿技术:通过动态偏置缓冲级阻抗衰减技术降低缓冲级输出阻抗,使功率管栅的极点被推至高频处的同时并不需要消耗太大的静态电流;使用有源频率补偿产生一个系统零点代替传统电容等效串联电阻补偿;有效电容倍增技术使需要补偿的片上电容得以大幅减少。文中对LDO系统的主要模块进行了功能原理分析,给出了整个系统的仿真结果,并对芯片的版图设计要点进行了分析和阐述。芯片采用0.5um BCD工艺进行设计,系统输入电压2.8V-8V,输出两路电压分别为1.8V和3.3V,每路LDO静态电流85uA,最大输出电流为1A,负载调整率3mV/1A,线性调整率3mV/4.2V,在负载电流从1mA跳变到1A时,输出电压的跳变量控制在75mV以内。测试结果表明电路的性能指标达到设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-13
  1.1 电源管理集成电路的研究现状和发展趋势  10-12
  1.2 本课题的研究意义  12-13
第二章 LDO 线性稳压器的工作原理和主要技术指标  13-17
  2.1 LDO 的结构和工作原理  13-14
  2.2 LDO 线性稳压器的技术指标  14-17
第三章 LDO 的系统设计  17-23
  3.1 电路的整体结构  17
  3.2 系统设计指标  17-18
  3.3 功率管的选择  18-20
  3.4 LDO 系统的瞬态响应分析  20-23
第四章 LDO 稳定性研究与频率补偿技术  23-37
  4.1 负反馈系统的稳定性  23
  4.2 LDO 系统的交流小信号分析  23-25
  4.3 LDO 系统的频率补偿  25-36
    4.3.1 多级放大器的频率补偿策略  25-28
      4.3.1.1 极点分裂逼近  25-27
      4.3.1.2 复极点逼近  27-28
      4.3.1.3 零极点抵消  28
    4.3.2 LDO 的频率补偿技术  28-36
      4.3.2.1 传统电容等效串联电阻零点补偿技术  28-31
      4.3.2.2 嵌套式米勒补偿技术  31-33
      4.3.2.3 Gm-C 补偿技术  33-34
      4.3.2.4 基于阻尼因数控制的频率补偿  34-35
      4.3.2.5 无米勒电容前馈补偿  35-36
  4.4 本文采用的有源频率补偿方法  36-37
第五章 LDO 芯片主要模块的研究与设计  37-66
  5.1 带隙基准电压源的设计  37-43
    5.1.1 带隙基准电压源的原理分析  37-38
    5.1.2 电阻的选择  38-40
    5.1.3 带隙基准电压源的电路设计  40
    5.1.4 修调电阻网络的设计  40-41
    5.1.5 电路仿真结果  41-43
  5.2 欠压锁定（UVLO）模块的设计  43-48
    5.2.1 欠压锁定模块功能分析  43-45
    5.2.2 带内部迟滞功能的电压比较器设计  45-47
    5.2.3 电路仿真结果  47-48
  5.3 热关断保护电路的设计  48-50
  5.4 延迟输出复位指示信号模块的设计  50-55
    5.4.1 延迟输出复位指示信号模块功能分析  50-51
    5.4.2 振荡器模块设计  51-53
    5.4.3 分频器模块的设计  53-55
  5.5 有源频率补偿模块的设计  55-66
    5.5.1 电压控制电流源有源频率补偿技术  56-60
    5.5.2 改进型有效电容倍增技术  60-62
    5.5.3 动态偏置缓冲级阻抗衰减技术  62-64
    5.5.4 系统环路稳定性仿真  64-66
第六章系统整体仿真分析  66-72
  6.1 系统的瞬态响应仿真分析  66-68
    6.1.1 系统负载瞬态响应仿真分析  66-68
    6.1.2 系统线性瞬态响应仿真分析  68
  6.2 系统的直流仿真分析  68-70
    6.2.1 系统的负载调整率仿真分析  68-69
    6.2.2 系统的线性调整率仿真分析  69-70
    6.2.3 系统输出电压随温度变化的仿真分析  70
  6.3 系统的交流仿真分析  70-72
第七章系统的版图设计、封装说明和测试  72-81
  7.1 系统的版图设计  72-78
    7.1.1 系统版图设计中的重点注意事项  72-73
    7.1.2 带隙基准电压源模块的版图设计  73-76
    7.1.3 ESD 模块的版图设计  76-78
    7.1.4 整体电路版图  78
  7.2 封装说明  78-79
  7.3 流片后初步测试  79-81
第八章结论  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
攻硕期间取得的研究成果  85-86

一种采用有源频率补偿的低压差线性稳压器设计

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