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一种基于VCCS补偿的高性能LDO设计

周一川  
【摘要】:现如今,数字信号处理器、掌上电脑、便携式音乐播放器等都必须用到电源管理芯片,而电源管理芯片中的LDO稳压器,由于其结构简单且稳定性较高,在市场上占据了很大的份额,是目前最主流的电源芯片。在国内虽然有着大量的电源管理芯片需求,但对国产芯片的需求量不高,原因就是国产芯片相对于国外芯片的稳定性较差。由于进口芯片的价格较高,如国产芯片能具备较好的性能,那就能替代国外高价格产品,改变市场格局,所以自主研发具有高性能高稳定性的LDO电源管理芯片是非常必要的。因此,开展本课题的研究具有特别重要的现实意义。 本文针对便携式设备的电源芯片应用,设计了集成于便携设备内部的高性能LDO。本设计输入电压范围为2.5V-5V,输出电压为1.2V,电路包括带隙基准电压源、误差放大器、缓冲器、调整管、反馈网络、过温及短路保护电路以及欠压锁定电路。负载电流在0mA到300mA间变化时,LDO输出电压变化值小于6mV;在满载300mA时的线性调整率为0.01%;PSRR在1kHz处达到66.7dB。本文首先介绍传统的经典线性稳压器LDO工作原理及其性能指标,接着对传统LDO的稳定性进行分析,通过稳定性来分析对比主要模块的结构,确定采用VCCS补偿结构提高系统稳定性,而带隙基准电压源在结构上采用二阶曲率补偿方式。根据分析结果以及性能参数和设计要点之间的折衷确定各个子模块,并最终确定完整的LDO稳压器架构。之后对各个子模块电路仿真验证,调整相应参数得到理想的结果。最后对整体电路进行仿真验证,调整相应参数使其达到设计要求,并绘制版图及进行版图验证。本电路采用0.35um工艺进行设计仿真,LDO线性稳压器的整体仿真及验证结果表明各项性能指标均达到设计要求。本设计中的LDO稳压器稳定性良好且功耗较低,能够充当便携设备的电源管理芯片。


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