低功耗高稳定性LDO的研究与设计

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随着电子类产品的不断发展进步,电源管理技术在各种电子系统中得到了广泛应用。作为电源管理类芯片中常见的一种稳压电源,低压差(LDO,LowDrop-Out)线性稳压器具有高调整率,小输出纹波,低输出噪声等特点,在手机、音频设备、蓝牙器件、无线网络以及PDA(个人数字助理)等领域均有广泛应用。随着电路集成度的不断增加,可移动设备产量的不断上升,目前,低压差线性稳压器的设计主要朝大负载应用、低功耗、高效率、高稳定性要求等方向发展。本文首先对低压差线性稳压器系统拓扑进行了研究分析,并对系统实现中的关键技术进行了介绍。此外,为了完善整体功能,系统还引入了部分模块给LDO芯片提供使能控制和保护功能,其中包括欠压锁定,过流限制,过温保护,基准电压的低通滤波,以及快速启动等模块。随后,本文阐述了各模块电路级的具体实现。在研究了一些模块各常见结构优缺点的基础上,对不足之处进行了比较分析,提出了各模块的改进方法,并综合各结构的优点,最终给出了本文设计所采用的具体电路结构。其中,着重介绍的模块主要有误差放大器,带隙基准电压源,限流保护电路,过温保护电路,用于改善输出电压瞬态响应的相关电路以及系统补偿电路等。本次设计在1.5μm BCD(双极型-CMOS-DMOS)工艺下,采用Cadence公司的SpecieS软件对系统和模块进行设计和研究。仿真所得,系统的工作电流为69μA,电源抑制为53dB,在200mA负载电流时的输入输出电压差为200mV,负载电容为2.2μF时系统从轻负载到满负载范围内都能稳定工作。仿真结果表明,本文设计的低压差线性稳压器不但具有低功耗,高电源抑制(PSR,PowerSupply Rejection),低输出噪声等特点,同时亦具备启动速度快,负载调整率高,输入输出电压差低,高稳定性等性能,完全符合预期的设计目标,具有良好的整体性能。
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