低壓差低功耗線性降壓變換器LDO的研究與設(shè)計.pdf

1、電源變換器是最常用的電源管理芯片,它使用方便、性能良好、可靠性高,應(yīng)用十分廣泛,因此當(dāng)前世界著名的半導(dǎo)體廠商都在研發(fā)和生產(chǎn)這類芯片。本文設(shè)計的低壓差低功耗線性降壓變換器LDO電路主要應(yīng)用于手機、DVD、數(shù)碼相機以及Mp3等多種消費類電子產(chǎn)品中。然而在這類電源管理芯片的市場中,國外的產(chǎn)品相對占有較大優(yōu)勢,因此需要加大國內(nèi)的這類電源管理芯片的研究開發(fā)力度。同時追求更高性能更低成本的穩(wěn)壓電源仍然是一個很活躍的領(lǐng)域,因此選擇LDO電路作為研究課

2、題具有非常重要的現(xiàn)實意義。 本文根據(jù)LDO應(yīng)用中選擇負載電容大小的不同,即μF級大電容負載以及pF級小電容負載,設(shè)計了兩類低壓差低功耗線性變換器LDO電路。采用0.5μm CMOS工藝條件,實現(xiàn)了2.5V-5V輸入電壓下2V的穩(wěn)定輸出電壓,最大負載電流500mA,并且保證了低壓差低功耗的要求。其中小電容負載LDO系統(tǒng)在負載電流為100mA情況下,壓降小于60mV;相同負載電流條件下,大電容負載LDO系統(tǒng)的壓降小于100mV。

3、 對于小電容負載LDO系統(tǒng),采用基于有源前饋型的補償結(jié)構(gòu),較好的解決了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性問題,此外重點改善其電源抑制比(PSRR)特性,通過對LDO系統(tǒng)PSRR的研究提出一種高PSRR的改進結(jié)構(gòu),較好的解決了系統(tǒng)的電源穩(wěn)定性問題。對于大電容負載LDO系統(tǒng),針對穩(wěn)定性差的問題,采用與頻率相關(guān)的反饋因子的補償結(jié)構(gòu)改善了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性,提高了系統(tǒng)對負載的調(diào)整能力。此外重點解決LDO電路的溫度穩(wěn)定性問題,采用零溫度系數(shù)抗噪性能良好的偏置電路以及

4、低溫度系數(shù)高電源抑制比的基準(zhǔn)電壓源,較好的解決了系統(tǒng)溫度穩(wěn)定性問題。 本文中,首先介紹了比較常見的幾種線性降壓變換器LDO的結(jié)構(gòu)框圖,然后對大小電容負載的兩類LDO系統(tǒng)進行系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求對其模塊電路進行了設(shè)計和模擬仿真,各模塊電路的電特性參數(shù)均達到系統(tǒng)設(shè)計所需指標(biāo)要求。在此基礎(chǔ)上利用Cadence以及Hspice等EDA工具完成了整體電路的設(shè)計,對整體電路的每一項指標(biāo)進行了仿真,仿真結(jié)果驗證了前面的理論分析結(jié)論,完