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供电和电源调整是电气系统中最基本的功能。电源管理芯片的作用就是将这些不可预测、有噪声的电源电压调整为稳定的、精确的、与负载无关的供电电压,将这些有害的纹波衰减到更低的、可接受的程度。随着半导体工艺与技术的发展,电源管理芯片也将向着高集成度或者片上系统集成发展,如何实现低噪声、低功耗、低电源电压供给、快速瞬态响应、高稳定性和高集成度的电源管理芯片将成为设计研究的重点。本文将采用0.6μm、12V双极型工艺,以Candence公司的Spectre仿真软件为基础,仿真设计了一款快速响应、低噪声低压差线性稳压器LDO。该LDO其输入电压范围为3~12V,额定输出电压2.5V,负载范围为1mA~3.5A。首先,采用新型的对称结构的两级共射-共基误差放大器,及电阻负载,提高电路的共模抑制比和电源电压抑制比,降低LDO噪声。在负载电流为400mA下,10Hz~100kHz频带内,芯片的输出噪声电压为4.78μV/√Hz,转折频率为1Hz。其次,芯片采用输出端前馈电容零点与ESR零点的双零点补偿技术,保证环路在全负载范围内稳定。再次,本设计在误差放大器和功率级之间加入了缓冲级与达林顿驱动级电路,提高电路的驱动能力,同时分离了环路的高电阻节点与电容节点,使得LDO环路更加稳定。对于1A的负载阶跃,其下冲电压为54.1mV、上冲电压仅18.7mV,瞬态响应时间为0.32μs。最后,在芯片设计过程中加入了过温保护、限流保护、过载监测标识和抗导通管饱和等辅助保护电路,从而避免芯片在极端环境下工作,损坏器件。其中,过温保护中加入了30℃的迟滞,避免芯片频繁启动。同时,摈弃了传统的电阻反馈限流保护,采用外部可调的限流保护结构,在负载超过限流保护设定的阈值时,芯片将向外部标识当前芯片处于过载工作环境。抗饱和电路避免LDO的导通管进入不希望的饱和工作状态,使得芯片更为稳定。芯片为基于PNP导通管的低压差线性稳压器,将采取flat扁平封装,面积为2.79mm×3.86mm,主要为噪声敏感的模拟或者射频电路模块供电。