完整版LDO线性稳压器设计毕业设计Word文档下载推荐.docx
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针对文中采用的两级级联误差放大器直接驱动调整管栅极的拓扑结构，引入嵌套式密勒补偿和动态零点补偿两种方法来保证系统的稳定性要求。
讨论了嵌套式密勒补偿中调零电阻可能存在的位置，确定最合适的补偿结构从而有效地消除了右半平面零点对系统稳定性的影响。
最后分析了各子模块电路的结构与工作原理，并给出了LDO系统模块与整体仿真的结果与分析。
电路设计采用了CSMC0.6umCMOS工艺模型，对LDO稳压器在不同的模型、输入电压、温度组合下进行前仿真验证。
结果表明：
电路不带负载的静态电流为1.79uA，系统带宽几乎不随负载变化，在输出电流范围内能保证较好的稳定性。
关键词：
线性稳压器，低压差，嵌套式密勒补偿，动态零点补偿，低功耗
Abstract
WithrapiddevelopmentofpowerICtechnology,variouskindsofDCregulatingvoltagecircuits,forthebenefitsoflownoise,ratio（PSRR）,micropowerloss,andsimpleperipheralstructureetc.Inordertomeettheneedsofpowermarketdevelopment,combiningwithselffeaturesofLDOsystem,thisthesisproposesakindofLDOlinearregulatorwithlowpowerandexcellentstability.
Firstly,thisthesisgivesabriefintroductiononworkingprinciplesandbasicindicatorsofLDOregulator.SystemstructurewillbedeeplydiscussedinTRAN,DC,ACthreeaspectsanddesigningkeypointsalongwithvariousparametertrade-offrelationshipswillbeexpoundedsubsequently.Then,optimumseverysub-moduleanddeterminesthefinalsystemarchitecturefromtheangleoflowpowerdesign.InordertoobtainthepathtoresearchonstabilityofLDOsystem,calculatesloopgainanddeduceszero-poledistributionbysettingupACsmallsignalmodels.Nestedmillercompensation（NMC）andTracking-frequencycompensationwillbeintroducedtoensurethestabilityofLDOtopologicalstructurewhichadoptstwostagecascadeerroramplifierdrivingpasselementdirectly.DiscussesprobablesituationofnullingresistorinNMCcircuits,andeliminateseffectofright-structure.Analyzesstructureandworkingprincipleofeverysub-moduleindetail,simulationresultsofwholechipwillbeshownintheend.
CircuitdesignisbasedonCSMC0.6umCMOSprocessandsimulationcompletedunderdifferentcombinationsofspicemodels,supplyvoltagesandoperatingtemperatures.Thewholechipcoststaticcurrentof1.79uA,bandwidthisalmostconstantandthesystemkeepexcellentstabilityunderwholeoutputcurrentrange.
Keywords：
LinearRegulatorLowDropoutVoltageNestedMillerCompensationTracking-frequencyCompensationLowPower
1绪论
2LDO线性稳压器的简介
3LDO系统架构的设计考虑
4LDO稳定性研究与补偿方式的确定
5模块电路的实现与仿真
6LDO整体电路仿真与分析
1绪论
半导体工艺技术的提高及便携式电子产品的普及促使电源管理IC有了长足的发展。
LDO（low-drop-out）线性稳压器作为较早应用于电子设备中的一种电源管理电路，以其电路结构简单、占用芯片面积小、高纹波抑制比、低噪声等优点，牢固地占据着电源管理IC市场的一席之地。
本章首先介绍电源管理IC的发展趋势，比较几种直流稳压电路的优缺点，然后阐述了LDO线性稳压器国内外的发展现状，指出电路低功耗设计的需要，进而引出研究LDO电路的意义与目的，最后提出本文的结构与主要内容。
1.1LDO线性稳压器的研究意义
1.1.1电源管理IC的发展趋势
近年来，各种便携式电子产品的普及与产品功能的丰富，对电源管理IC提出了诸如高集成度、高性价比、高效率等要求。
随着半导体技术的飞速发展，电源管理技术也在不断进步。
目前便携设备的电源管理技术正朝着电源管理与系统整合的方向发展，主要呈现出以下三大发展趋势：
一是尽可能提高电池功率转换效率。
电源管理IC供应商目前主要利用先进的半导体工艺，如美国国家半导体（NS）采用其“低电压低功耗CMOS工艺”，来减小静态电流，提高转换效率。
二是最大限度地提高负载器件的功率利用效率。
过去电源管理IC供应一直将关注重点放在管理功率的传递上，即如何为不同的负载器件分配不同的功率。
但现在发现负载器件的功率消耗也是一个充满潜力可挖的管理课题。
比如，负载器件在不同工作负荷下不必一律让其处于全速运行状态；
再如，负载器件在待机和工作状态下不必供应同样的功率。
只要管理得好，这也可成为延长电池工作寿命的一大重要因素。
美国国家半导体公司的自适应电压调整（AVS）技术和TI的动态电压与频率调整（DVFS）技术就是为了满足这一功率管理挑战而提出的解决办法。
三是减小器件的体积，进一步提高集成度，并采用更先进的封装技术，如CSP、LLP和MicroSMD等。
与世界其它地区相比，中国的电源管理芯片市场始终保持着快速的发展态势。
2006年，中国电源管理芯片销售额达到了267亿元。
随着全球制造业进一步向中国的转移，预计到2010年，中国将成为世界上最大的电源芯片需求市场，销售额预计将达到735亿元人民币。
从应用领域来看，国内电源管理芯片市场主要分布在消费电子、网络通信、计算机和工业控制等领域。
赛迪顾问预测，2006－2010年中国电源管理芯片市场规模复合增长率将达28.8%，电源管理产品仍将是集成电路产品中最为活跃的产品之一。
未来几年，由于以下因素的影响，国内电源管理芯片市场还将继续保持快速发展的势头：
1）半导体产业环境趋好。
近年来，笔记本电脑、数码相机和其它IT产品的生产基地大规模向中国转移，中国已经成为世界IT产品的生产基地；
加之“十一五”规划已经明确要加快集成电路、软件、关键元器件等重点产业的发展，未来有利于集成电路产业发展的政策还将继续推出；
2）下游制造市场的拉动。
LCD显示器、数字电视和汽车电子等产品的快速增长，以及中国3G牌照颁发与应用的推广，必将促进中国电源管理芯片市场继续保持平稳快速的发展。
1.1.2直流电源变换器的比较
根据不同的工作原理可将便携式稳压电源IC分成三类：
线性稳压器、开关式电压调整器及电荷泵式电压调整器。
线性稳压器是因其内部调整管工作在线性范围而得名。
一般认为线性稳压电源的输入电压与输出电压之间的漏失电压Vdif较大，导致电路转换效率较低。
近年来开发出的LDO线性稳压器与传统的线性稳压器相比，它的最大优点是输入输出间的漏失电压差很低，只有几百毫伏，某些输出小电流的LDO线性稳压器其压差仅几十毫伏。
如凌特公司（LinearTechnology）推出的输入电压可低至1.7V最大输出电流为300mA的LDO线性稳压器，在满负载电流时只有45mV的极低漏失电压。
当输入电压略大于输出电压与漏失电压之和时，即：
（1-1）
选用LDO线性稳压器来调整输入电压是一个很不错的选择，这时LDO线性稳压器可达到很高的效率，同时满足极高的性价比。
开关式电压调整器主要指DCDC变换器，包括升压、降压、升降压和反相等几种结构。
在开关稳压电路中有一个工作在开关状态的晶体管，工作于饱和导通或截止两种状态，因此开关管功耗较小并且与输入电压大小无关。
随着芯片集成度的提高，许多新型DC-DC转换器的外围电路仅需电感和滤波电容，但这类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
电荷泵式电压调整器通过电容上电荷积累效应来产生高于电源的输出电压或者负电压。
这种电路的输出电压只能取输入电压的倍数，虽然使用多个充电泵可获得其它倍数的输出电压，但芯片成本和静态功耗也会随之增加从而限制了它的使用范围。
从目前的发展趋势看，电荷泵输出电流越来越大，因而常被选作系统的主电源。
表1-1三种直流电源调整器的特点比较
类型
指标
线性稳压器
开关式电压调整器
电荷泵式电压调整器
功能
降压
升压、降压、反相
升压、反相
效率
中
高
功耗
大
较小
复杂度
低
中到高
尺寸
小
较大
成本
较高
较低
波纹噪声
为了满足日益复杂的电子产品电源需求，实现更高效率的电源变换，新一代高性能的电源管理方案将DC-DC变换器与LDO线性稳压器，或是将电荷泵与LDO线性稳压器结合起来，克服这三种电压调整器各自固有的缺陷，从而达到低噪声和高效率的最佳组合[1~2]。
1.1.3LDO线性稳压器的发展现状
目前，LDO线性稳压器在国外经过多年的发展，其技术已经相当成熟。
一些国外知名的半导体厂商如TI、MAXI
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