一種高精度無片外電容LDO的設計.pdf

1、電源管理模塊在當今電子工業(yè)界扮演著舉足輕重的角色，其中低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator, LDO)以其體積小，功耗低，噪聲性能優(yōu)而被廣泛地用于各種便攜式電子產(chǎn)品中。隨著便攜式電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，LDO也朝著片上集成(System on Chip, SoC)的方向前進。
　　傳統(tǒng)的LDO需要外接一個片外大電容，這個電容無疑占用了較大的PCB空間，限制其在便攜式電子產(chǎn)品中的應用。無片外電容LDO成為了時下研

2、究的熱點。片外電容可以作為電荷存儲元件為LDO的輸出節(jié)點提供電荷和泄放電荷，使負載電流發(fā)生瞬態(tài)變化時，輸出電壓依然維持穩(wěn)定，且片外電容的等效串聯(lián)電阻(Equivalent Series Resistor, ESR)能在輸出端構(gòu)建零點保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無片外電容LDO沒有器件能在負載電流瞬變時給輸出端充放電，也沒有ESR構(gòu)建零點來穩(wěn)定系統(tǒng)，所以無片外電容LDO的設計中，穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性是不小的挑戰(zhàn)。在第3章中詳細分析了這兩個設計難點。

3、r>　　在高精度系統(tǒng)中，高精度的LDO是必不可少的，且提高LDO輸出電壓的精度，能提高LDO的效率和芯片的使用壽命。帶隙基準輸出電壓的精度對LDO輸出電壓的精度影響最大。本次設計中，采用高階補償?shù)膸痘鶞孰妷涸?，為LDO提供高精度、低溫漂的參考電壓，以提高LDO輸出電壓的精度。采用阻尼系數(shù)控制(Damping Factor Control, DFC)頻率補償方法在實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，保證一定的瞬態(tài)響應。最后加入過溫保護電路提高芯片的可靠

4、性。本次設計在CSMC0.5μm的工藝下基于Cadence spectre進行仿真驗證，在輸入電壓3.5V~5.5V范圍內(nèi)，輸出3.3V電壓，脫落電壓47mV，負載電流范圍1mA~100mA，典型情況下靜態(tài)電流142μA，在負載電流1μs內(nèi)從1mA跳變到100mA，或1μs內(nèi)從100mA跳變到1mA時，輸出電壓瞬變均小于150mV，電路電源抑制比為65.1dB。電路在輕載、中載和重載時均能保持穩(wěn)定，系統(tǒng)線性調(diào)整率0.8％，負載調(diào)整率5.