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第一部分 应用...................................................................................13 x# Z. z0 S4 _+ w* d5 p
LDO 的分析与设计............................................................................................................................................ 18 N' f& A$ e) I6 N
LDO 芯片的特点................................................................................................................................................ 1* x d0 x4 _8 ]. A% i
LDO 芯片的详细性能参数................................................................................................................................ 1
" B& t) s* @/ ]. E/ s第二部分 电路设计报告...................................................................5) J+ J9 e1 g% P3 J& ^. j1 @' [
整体电路上电启动模块 ..................................................................................................................................... 54 g: H6 N* {8 M0 E9 u; `
电流偏置模块 ..................................................................................................................................................... 7
2 [, A& F5 z/ `% ]9 W带有修调功能的基准模块 ................................................................................................................................11/ ?9 n/ k6 A+ V6 q$ m
带隙基准源的修调电路设计 ........................................................................................................................... 21
, Y1 S4 p* P/ i! b2 r8 P+ E3 f预调整放大器模块 ........................................................................................................................................... 231 D0 y7 [" \' ]/ ^/ J4 f6 L
低通滤波器模块 ............................................................................................................................................... 27
! ?0 ^# ~( O4 C5 H: f8 E( e9 k. M0 s保护电路模块 ................................................................................................................................................... 31
- X2 A! a8 j- y0 c9 T电压跟随器模块 ............................................................................................................................................... 397 w* M! ]. I ^ Q9 E
第三部分 总体电路的仿真 ............................................................43
# L0 M( @+ i: M2 r0 v8 w直流参数........................................................................................................................................................... 44+ ], E1 m' H0 |/ Z6 L, j, R
线性调整率....................................................................................................................................................... 45 Z% j4 B, V4 L9 ^
负载调整率....................................................................................................................................................... 46! O& L4 ^$ O+ N3 { `! J$ U. T \9 V
静态电流........................................................................................................................................................... 464 L9 n, y% [: W' r
瞬态仿真........................................................................................................................................................... 47
' J7 N8 B, T6 I# V, E F# k噪声仿真........................................................................................................................................................... 489 D0 d& d6 c' s/ X" u$ `
交流特性仿真 ................................................................................................................................................... 491 l5 V* Z2 Z2 T h' v. }
PSRR 特性仿真 ................................................................................................................................................ 52
7 p% ]2 }3 I; z3 C8 u/ \第四部分 LDO 芯片版图设计.......................................................561 X H0 e/ C/ D+ }+ e1 D e3 ?; }
' T0 c* U; M$ `. j/ D6 I
第一部分 应用
: ^# |/ s- J% N% ?, k2 ]LDO 的分析与设计
0 E: w% o) Z9 g2 i3 D4 y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。
" w% K g: G* @
% q; `: T- N+ q1 T$ RLDO 芯片的特点3 R- D- M& P- }7 h# o& N
●低静态电流5 `0 P" K- r$ a8 f5 f! W! W! L7 ^
●0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，带载能力强
/ R( w9 e6 d0 G- d9 z●在10Hz～100KHz范围内的内部输出噪声小3 b/ D7 v- g7 R4 ~! T9 N' ~; k
●高电源抑制比（PSRR，在100KHZ以下）2 u# h% p1 Q$ ~' t# f: m& \
●可全片内集成4 R7 S" M# I, {0 I" _+ f
0 @( r8 {4 O! e8 j% XLDO 芯片的详细性能参数# j4 ^# l8 Q0 W4 b6 u# o
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。2 V/ K0 \$ V' ]" w. m# V6 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。
: a6 W3 {# O+ U2 G6 M4 }6 U4 Z1）电压差(Dropout Voltage) ?8 H2 h# o7 r4 O; E. X* H+ W
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。8 e; ?& m' Y2 N/ M& s" L* m
2）静态电流(Quiescent Current)
: | w4 b6 d4 t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 2022-8-23 09:32
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