论文部分内容阅读
现代科技发展日新月异,5G、物联网、人工智能等概念相继被提出,并逐渐进入人们的日常生活之中,衍生出来的新一代电子产品,如智能家居、智能穿戴等,使人们对电子产品的需求日益旺盛。电源是电子产品的心脏,任何电子产品都离不开电源,使用高效的电源管理系统不仅可以降低电子设备的功耗延长其使用寿命,还可以使电子设备更好的发挥性能。LDO(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压器)作为电源管理系统中的重要一员,具有纹波小、功耗低、瞬态响应速度快等优点,被广泛使用在各种电子产品中。无片外电容LDO相比传统LDO,由于缺乏大的片外电容的充放电,瞬态响应性能变得很差,有着很大的过冲电压和下冲电压。本论文重点研究优化LDO的瞬态响应以及降低LDO的功耗。通过在经典LDO电路结构中插入二级反相器作为二级小增益级,在稳态时可以提高环路增益,从而减小线性调整率和负载调整率;在瞬态时为PMOS功率管提供一个较大的充电电流或放电电流,从而优化瞬态响应。由于增加了二级小增益级,环路稳定性受到影响,本论文采用米勒补偿来提高环路的稳定性。本论文基于所提出的优化方案,采用65nm工艺,设计了一款快速瞬态响应,低功耗的LDO。并对设计完成的电路进行PVT(Process/Voltage/Temperature,工艺/电压/温度)仿真,验证电路在不同工艺角,电压以及温度下的性能。完成了所设计的LDO的版图设计,并进行了后仿真。后仿真结果显示,所设计的LDO可以在有片外电容和无片外电容两种场景下正常工作。当输入电压范围为0.7V到0.9V之间时,输出电压可以稳定在0.5V,最小压差为200mV,负载电流范围为1mA-100mA,核心电路的静态电流约为10μA;负载调整率仅为0.3μV/mA,线性调整率仅为1.08mV/V。无片外电容时,在100ns时间内,负载从轻负载1mA变化到重负载100mA时,输出电压的变化仅有5.36mV。当负载瞬态变化速度更快,变化时间为10ns时,无片外电容LDO难以继续保证小的电压变化,此时可以在输出端接一个1μF的片外电容来进一步提高瞬态响应。有片外电容时,在10ns时间内,负载从轻负载1mA变化到重负载100mA时,输出电压的变化为58.3mV。