高精度、低噪声LDO线性调整器的设计

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电源管理电路具有高集成度、高性价比、外围电路简单、最佳性能指标、能构成高效率电源等优点,具有广阔的市场前景。本文针对对于电路精度要求较高的应用设计了高精度,低噪声的LDO线性稳压器。基准源是限制LDO精度的重要模块,本文通过曲率补偿,大大提高了基准源的温度系数,达到0.5ppm/℃,从而降低了LDO输出电压的温漂;通过预电压调整器,基准源的电源电压抑制性能得到提高,从而能抑制电源上的噪声;较大的外接旁路电容很好地滤除了基准源的输出噪声。本文采用0.5微米的BiCMOS工艺,利用了其中的双极型器件闪烁噪声较MOS器件低的特点,使用双极型器件构成误差放大器的关键节点来减低误差放大器的噪声。为了保证系统的稳定性以及减小系统的输出瞬时过冲,本文设计了输出缓冲级来隔离误差放大器的高阻抗输出节点与通路器件的栅极。该输出缓冲级利用负反馈来降低其输出阻抗,通过动态偏置,其静态电流能随负载电流而变化,从而节约了系统功耗。通过在非主极点附近引入零点进行频率补偿,本文所设计的LDO能稳定工作。本文首先分析了电源管理IC的市场前景,介绍了LDO的性能指标。接着本文对LDO进行了相关理论分析,并分析了LDO的噪声。然后介绍了基准源的设计以及LDO其他模块的设计。利用Cadence Spectre软件,本文对所设计的LDO各子模块以及LDO整个系统进行了相关仿真,仿真结果显示,本文的设计达到了预定的指标。
摘要第4-5页
ABSTRACT第5页
第一章 绪论第8-15页
    1.1 电源IC 发展综述第8-11页
    1.2 LDO 简介第11-12页
    1.3 LDO 的性能指标第12-14页
        1.3.1 关于系统第12-13页
        1.3.2 关于基准源第13-14页
    1.4 本文要达到的指标第14-15页
第二章 系统分析第15-23页
    2.1 AC 小信号分析第15-18页
        2.1.1 系统原理图第15-16页
        2.1.2 系统的频率响应第16-17页
        2.1.3 系统稳定性第17页
        2.1.4 负载调整率第17-18页
    2.2 系统瞬态分析第18-20页
    2.3 设计导通器件第20-21页
    2.4 设计误差放大器第21-22页
    2.5 设计基准源第22页
    2.6 本章总结第22-23页
第三章 系统噪声第23-27页
    3.1 噪声幅值分布第23-24页
    3.2 器件噪声第24-26页
        3.2.1 电阻的噪声第24页
        3.2.2 MOS 器件的热噪声第24-25页
        3.2.3 MOS 器件的闪烁噪声第25页
        3.2.4 双极型器件的噪声第25-26页
    3.3 系统噪声第26页
    3.4 本章总结第26-27页
第四章 基准源设计第27-34页
    4.1 采用齐纳二极管的基准源第27页
    4.2 一阶带隙的基准源第27-29页
        4.2.1 BROKAW 结构第28页
        4.2.2 适用于低压环境的基准源第28-29页
    4.3 V_(BE)的曲率补偿第29-30页
    4.4 预电源电压调整器第30-31页
    4.5 基准源系统电路原理图第31-33页
    4.6 本章总结第33-34页
第五章 LDO 系统设计第34-43页
    5.1 选择LDO 的拓扑结构第34-35页
    5.2 通路器件的设计第35-36页
    5.3 误差放大器的设计第36-40页
        5.3.1 输入共模范围与输出摆幅第37页
        5.3.2 开环增益第37页
        5.3.3 噪声与功耗第37-38页
        5.3.4 其他考虑第38页
        5.3.5 仿真结果第38-40页
    5.4 输出缓冲级的设计第40-41页
    5.5 频率补偿第41-42页
    5.6 本章总结第42-43页
第六章 仿真结果以及版图设计第43-55页
    6.1 基准源的仿真结果第43-47页
    6.2 LDO 的仿真结果第47-50页
    6.3 LDO 版图设计第50-55页
        6.3.1 MOS 器件的匹配第50-52页
        6.3.2 电阻的匹配第52页
        6.3.3 系统的版图设计第52-55页
第七章 总结第55-56页
致谢第56-57页
参考文献第57-59页
攻硕期间取得的研究成果第59-60页
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