低噪声快启动高稳定LDO线性稳压器的研究与设计

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要便携式电子产品的普及和飞速发展使得新一代低压差线性稳压器（LDO）以其超低噪声、高PSRR、微功耗和极低的成本成为极具竞争力的电源方案之一。本课题基于CMOS工艺，设计了一款低压差、低噪声、快速启动、高稳定性的LDO线性稳压器芯片。本芯片设计中采用了具有低压差特性的PMOS管作为调整元件，提高了芯片的整体效率；为了满足低噪声的需求，设计了旁路滤噪电路，通过外部接入降噪电容进行降噪和提高PSRR；为了抵消降噪电容带来的启动缓慢问题，增加了快速启动电路，大大减小了芯片启动时间；在设计误差放大器电路时，实现三项关键技术：采用嵌套密勒补偿技术提高P

2、SRR，将差分输入管的偏置与稳压器的输出相接使输出电压性能更优良，利用内部动态零点补偿电路实现了全负载范围内的稳定且改善了负载瞬态响应，极大地降低了应用成本；在过温保护电路设计中利用了带隙基准模块中的三极管电压，减小了静态电流；在过流保护电路设计时，除了恒定电流限制电路，还特别设计了折回式电流限制电路，大大降低了芯片的过流关断功耗，增强了系统的可靠性；最后设计了输出电压检测电路，在输出异常时报警，使芯片功能更完善。最后进行了完整的版图设计验证后仿真，并流片测试。整个芯片设计基于线性稳压器的基本原理和CSMC0.5μmCMOS工艺，利用ECS、Hspice等EDA工具进

3、行了各模块和整体电路的设计及仿真验证，利用Cadence的Virtuoso工具进行了整个版图的设计验证，最后进行了流片测试。仿真结果表明，负载电流为300mA时压差电压最大为114mV，典型情况下输出噪声都小于2μVrms，启动时间为100μs，其它性能均满足设计指标。关键词：LDO线性稳压器低压差低噪声快速启动动态零点补偿I华中科技大学硕士学位论文AbstractThepopularizationandrapidgrowthofportableelectronicproductsresultsinthenewgenerationoflowdropout(LDO)li

4、nearregulatoracompetitivekindofpowermanagement,foritsultralownoise,highPSRR,micropowerlossandthelowestcost.ThispaperisbasedonCMOStechnologytodesignachipofLDOlineregulator,whichhasthecharacteristicsoflowdropoutvoltage,lownoise,fastturn-onandhighstability.Inthischip,inordertoimproveeffici

5、ency,thePMOStransistorisadoptedasthepasstransistortoachievelowdropoutvoltage.Thebypasscircuitisdesignedtoreducetheoutputvoltagenoiseandimprovepowersupplyrejectionbyconnectingtoabypasscapacitor.Furthermore,afastturn-oncircuitisdesignedtoreducethestart-uptimeofthechip.Whendesigningthecirc

6、uitoftheerroramplifier,threekeytechnologieswerementioned.Oneisnestedmillercompensation.Oneistakingtheoutputvoltageofthechipasthepowersupplyofthecircuit.Theotherisusinganzeromobilecompensationcircuittoensurethestabilityinthewholeloadrange,improvethetransientresponseandgreatlyreducethecos

7、tofapplication.Besidesusualprotectcircuitssuchasthermalshutdownandconstantcurrentlimitcircuits,currentfold-backcircuitisdesignedtopreventdevicefailureunderthe“Worst”conditionsandensurethereliabilityofthechip.A“powergood”detectorisdesignedtotelliftheoutputofthechipisinregulation