【摘 要】
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当前便携式电子产品深入我们的生活,令我们生活多姿多彩。但它们存在一个共同的缺点,当外部电源发生波动时,会导致电子产品内部的一些芯片功能失效。为解决这一矛盾,通常使用电源管理芯片将波动较大的外部电源转换为稳定的、抗干扰能力强的电源电压,再去驱动内部电路。本文在以上背景下,采用设计双修调电路、温度补偿电路和高增益、低噪声放大器等方法,设计了一种高精度、低噪声低压差线性稳压源(Low Dropout L
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当前便携式电子产品深入我们的生活,令我们生活多姿多彩。但它们存在一个共同的缺点,当外部电源发生波动时,会导致电子产品内部的一些芯片功能失效。为解决这一矛盾,通常使用电源管理芯片将波动较大的外部电源转换为稳定的、抗干扰能力强的电源电压,再去驱动内部电路。本文在以上背景下,采用设计双修调电路、温度补偿电路和高增益、低噪声放大器等方法,设计了一种高精度、低噪声低压差线性稳压源(Low Dropout Linear Regulator,LDO)电路。本文设计的LDO电路由带隙基准电路、误差放大器(Error Amplifier,EA)、功率级电路、过温保护电路以及频率补偿电路五个子模块构成。首先,基于Brokaw带隙基准电路结构进行带隙基准电路的设计,相对于其他基准电路结构具有更好的噪声性能。通过设计温度补偿电路和数字修调电路,减小温度和工艺偏差对基准电路输出电压精度的影响,间接提高LDO整体电路的精度;在基准电路输出端添加RC滤波器,将基准电路输出电压中的高频噪声滤除掉。在此基础上,进行LDO其他子模块的设计,采用折叠式共源共栅放大器结构进行误差放大器的设计,在作为放大器负载的电流镜的源极添加负反馈电阻,减小放大器的噪声。采用修调技术进行功率级电路设计,对反馈电阻的失配进行修调,提高LDO电路的精度。设计温度补偿电路,避免误操作对芯片造成损伤。采用自适应缓冲器结构进行频率补偿电路的设计,使得LDO反馈环路的稳定性更加优越。基于TSMC 180nm工艺,使用Cadence软件对设计的LDO电路进行仿真验证,在5V的电源电压下,静态电流消耗为0.454m A、温度在-40℃~85℃范围内的温度系数为0.2996ppm/℃、线性调整率为0.0036%/V、负载调整率为0.03278%/V、蒙特卡洛精度为±0.8%,最终可达到总精度为±0.83%、低频电源抑制比为80.03d B,10~100k Hz范围内积分噪声为49.97μVrms,满足高精度、低噪声LDO电路的设计要求。在此基础上,进行LDO电路的版图设计和后仿真,使得所设计的LDO更具有实际应用价值。后仿结果为:线性调整率为0.004%/V、负载调整率为0.0334%/V、温度在-40℃~85℃范围内的温度系数为0.312ppm/℃、蒙特卡洛精度为±0.87%,电路总精度为±0.90%;低频电源抑制比为78.94d B,10~100k Hz范围内积分噪声为49.79μVrms,与前仿真基本一致,符合设计要求。
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