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低压差线性稳压器(Low Dropout Linear Regulator,LDO)因其低噪声、高电源抑制、输出稳定同时具有良好的负载调整率等优点,在各类便携式移动设备的电源管理芯片中有着广泛的应用。随着片上系统(System on a Chip,SoC)的发展,片上LDO稳压器成为电源管理系统设计的热点之一。基于此,本文采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了一种应用于SoC的片上低压差线性稳压器。主要包括以下内容:首先,分析介绍了带隙基准(Bandgap Reference,BGR)电路的工作原理和温度特性,讨论了几种典型的温度补偿技术。基于此,在传统的带隙基准中引入一个与温度T成1.5次方的电流,并采用分段线性温度补偿技术设计了一种高阶温度补偿的带隙基准电压源。仿真结果显示,所设计的带隙基准的温度系数为3.71ppm/°C,低频处的电源抑制比为-136dB。其次,在分析片上LDO稳压器的频率补偿以及三级运算放大器的经典频率补偿技术基础上,采用嵌套式密勒补偿(Nested Miller Compensation,NMC)与有源反馈补偿(Active Feedback Frequency Compensation,AFFC)技术,设计了一种可驱动大负载电容的嵌套式有源反馈密勒补偿(NMAFC)的三级运算放大器。仿真结果显示,所设计的三级运算放大器获得了112dB的直流增益,68°的相位裕度以及4.92MHz的单位增益带宽。最后,分析并设计了片上LDO稳压器电路系统中的短路保护、过流保护、温度保护、瞬态增强等辅助电路。在所设计的NMAFC三级运算放大器基础上,采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了一种应用于SoC的片上LDO稳压器。仿真结果显示,所设计的片上LDO稳压器输出电压的压差电压为195mV,其温度系数为3.76ppm/°C,低频处的电源抑制比为-90.1dB,负载调整率为0.00034mV/mA,线性调整率为0.193mV/V。