辐照加固线性稳压器的研究与设计

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低压差线性稳压器(Low-Dropout regulators,LDO)具有低功耗、低噪声、结构简单等特点,已广泛应用于航天领域。因而,要求LDO能够在辐照环境中提供稳定的电源。在辐照环境中,当来自环境中的高能粒子轰击低压差线性稳压器的时候,在低压差线性稳压的敏感节点处,受到高能粒子的轰击,会使得低压差线性稳压器的输出电压陡然发生扰动,偏离设定的电压值,将导致电路系统无法正常工作。基于此,本文采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计一种具有辐照加固低压差线性稳压器,本文的主要研究内容包括三点。首先,在分析传统带隙基准电路(Bandgap Reference,BGR)的基本原理基础上,采用MOS二极管技术设计了一种低功耗带隙基准电路。仿真结果显示,所设计的带隙基准电路温度系数为9ppm/℃,电源抑制比达到-96dB@1KHz。其次,在分析经典三级放大器频率补偿结构基础上,采用阻尼控制频率补偿(Damping Factor Control Frequency Compensation,DFCFC)与品质因数减小(Q-reduction)相结合的频率补偿技术设计了一种DFCFC&Q-reduction三级运算放大器。仿真结果显示,所设计的DFCFC&Q-reduction三级放大器获得99dB直流增益、60.47°相位裕度以及6.5MHz单位增益带宽。最后,采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了适用于LDO的过流保护(Over Current Protection,OCP)以及过温保护(Over Temperature Protection,OTP)电路。同时,基于所设计的DFCFC&Q-reduction三级放大器,采用Temporal-filtering技术设计一种辐照加固的LDO。仿真结果显示,所设计的LDO输出电路的温度系数为8ppm/℃,辐照加固LDO获得了0.0194%线性调整率、0.36%负载调整率以及100mA最大负载电流,在1Hz、1KHz、100KHz频率处,分别获得-100dB、-57.56dB及-22.40dB的PSRR。在保护电路的作用下,LDO的最大输短路保护电流为124.12mA,迟滞温度为30℃。在加固后的LDO敏感节点引入峰值为1mA的双指数瞬态电流脉冲情况下,加固后的LDO输出电压变化量小于稳定值的3%,能够抵抗LET?50MeV?cm~2/mg的单粒子效应。
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