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一种具有超低压差线性稳压器的研究和设计

作　者: 李昌
导　师: 杜国同
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 电源管理低压差线性稳压器误差放大器稳定性
分类号: TM44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

低压差线性稳压器,也称LDO线性稳压器,是一种输入电压与输出电压压差很低的直流线性稳压器。作为电源管理领域的重要一员,它比传统的线性稳压器有着更高的电源转换效率,却比开关式稳压器有更简单的结构、更低的成本和更低的噪声,具有输入输出响应快、外接元件少、使用方便等优点,广泛使用在手机、PDA、数码相机、笔记本电脑、MP3/4等便携式电子产品中,具有广阔的市场前景。本文基于csmc 0.5μm CMOS工艺,利用Cadence EDA电路设计软件和Hspice仿真软件设计了一款具有超低压差的线性稳压器,专门为主板和笔记本电脑的前端汇流排终端设备提供电源电压而设计。为了减小电源的功耗和提供极低的漏失电压,芯片使用了两路电源电压,一路内部电源用来维持芯片内部控制电路的正常工作,另一路主电源用来给负载提供足够大的功率。该LDO线性稳压器主电源输入电压范围为1.28V～3.3V,输出电压为1.2V。在典型负载电流(3A)下,输入输出压差约85mV,具有超低的压差。此电路具有良好的线性调整率、负载调整率和电源抑制比,能够在各种环境下正常工作。此外,芯片内置欠压关断电路检测输入电压,以免芯片工作异常;过温保护电路和过流保护电路使得芯片免于过热和超载的伤害;一个内置的带有延时的输出电压完备指示(POK)电路用来表征输出电压的状态。本文首先简要介绍了电源管理芯片的市场状况、发展趋势和分类;接着介绍了LDO线性稳压器的基本理论、总体架构和系统设计;然后对其各个子电路模块进行了详细的分析,借助设计软件Cadence、仿真软件Hspice对子模块电路进行了完整的设计,给出了合理的电路数据,各个子模块电路的电特性参数均达到或优于设计所需指标;在对各个子模块设计完成后,对整体电路进行了仿真,结果表明该LDO线性稳压器电路的功能正常,各项参数达到了预先制定的设计指标;最后,根据设计规则进行了版图设计,并利用Dracula版图验证工具对整个版图进行了DRC和LVS检查。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 电源管理芯片概述  10-13
    1.1.1 电源管理芯片的市场概况  10-11
    1.1.2 电源管理产品的发展趋势  11-12
    1.1.3 电源管理芯片的分类  12-13
  1.2 LDO线性稳压器概述  13-14
  1.3 本论文的主要工作  14-16
2 LDO线性稳压器的基本理论  16-24
  2.1 LDO线性稳压器的总体架构  16-18
  2.2 LDO线性稳压器的主要性能参数  18-24
3 LDO线性稳压器的系统设计  24-29
  3.1 LDO线性稳压器的设计要求  24-26
    3.1.1 引脚说明  25
    3.1.2 电特性指标  25-26
  3.2 LDO线性稳压器系统设计和工作过程  26-29
    3.2.1 系统框图  26-28
    3.2.2 实际工作过程  28-29
4 LDO线性稳压器主要功能模块的电路设计与实现  29-70
  4.1 使能模块  29-34
    4.1.1 使能模块的设计思路  29-30
    4.1.2 使能模块的电路设计  30-33
    4.1.3 使能模块的仿真和结果分析  33-34
  4.2 欠压关断模块  34-36
    4.2.1 欠压关断模块的设计思路  34
    4.2.2 欠压关断模块的电路设计  34-35
    4.2.3 欠压关断模块的仿真和结果分析  35-36
  4.3 电流偏置模块  36-43
    4.3.1 电流偏置模块的设计思路  36
    4.3.2 电流偏置模块的电路设计  36-41
    4.3.3 电流偏置模块的仿真和结果分析  41-43
  4.4 基准电压源模块  43-49
    4.4.1 基准电压源模块的设计思路  43-44
    4.4.2 基准电压源模块的电路设计  44-47
    4.4.3 基准电压源模块的仿真和结果分析  47-49
  4.5 误差放大器模块  49-55
    4.5.1 误差放大器模块的设计思路  49-50
    4.5.2 误差放大器模块的电路设计  50-53
    4.5.3 误差放大器模块的仿真和结果分析  53-55
  4.6 输出电容和反馈网络  55-60
    4.6.1 输出电容设计  55-59
    4.6.2 反馈网络设计  59-60
  4.7 过流保护模块  60-63
    4.7.1 过流保护模块的设计思路  60-61
    4.7.2 过流保护模块的电路设计  61-62
    4.7.3 过流保护模块的仿真和结果分析  62-63
  4.8 过温保护模块  63-65
    4.8.1 过温保护模块的设计思路  63
    4.8.2 过温保护模块的电路设计  63-64
    4.8.3 过温保护模块的仿真和结果分析  64-65
  4.9 输出电压完备指示模块  65-70
    4.9.1 输出电压完备指示模块的设计思路  65
    4.9.2 输出电压完备指示模块的电路设计  65-68
    4.9.3 输出电压完备指示模块的仿真和结果分析  68-70
5 LDO线性稳压器的整体仿真  70-79
  5.1 整体性能仿真验证  70-77
    5.1.1 电源的开启和关断性能  70-71
    5.1.2 使能和使能关断性能  71-72
    5.1.3 漏失电压  72-73
    5.1.4 电源抑制比  73-74
    5.1.5 负载调整率  74
    5.1.6 线性调整率  74-75
    5.1.7 负载瞬态响应  75
    5.1.8 线性瞬态响应  75-76
    5.1.9 系统稳定性  76-77
  5.2 仿真结果电路性能参数总结  77-79
6 LDO线性稳压器的版图设计  79-83
  6.1 版图设计概述  79
  6.2 版图设计的基本步骤  79-80
  6.3 版图设计的考虑  80-81
  6.4 整体电路版图  81-83
结论  83-84
参考文献  84-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-87
致谢  87-88

一种具有超低压差线性稳压器的研究和设计

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