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一种无电容型LDO的设计和典型运算放大器的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及设计指标

1.4 论文组织结构

第2章 LDO的基本原理

2.1 LDO的基本结构

2.2 LDO的关键性能指标

2.2.1 最小压差

2.2.2 静态电流

2.2.3 线性调整率

2.2.4 负载调整率

2.2.5 瞬态特性

2.2.6 电源抑制特性

2.2.7 噪声

2.3 本章小结

第3章 LDO的电路设计

3.1 LDO结构的确定

3.1.1 LDO结构的输出噪声分析

3.1.2 低噪声LDO系统结构

3.2 LDO各个模块的电路设计

3.2.1 带隙电压基准电路的设计

3.2.2 参考放大器和电阻反馈网络的设计

3.2.3 低通滤波器的设计

3.2.4 误差放大器和功率管的设计

3.3 LDO系统前仿真

3.4 本章小结

第4章 典型运算放大器的研究

4.1 运算放大器的性能参数

4.2 两级运放的模型及常见的三种两级运放

4.2.1 两级运放的模型

4.2.2 常见的三种两级运放

4.3 两级运放的设计流程及仿真验证

4.3.1 运放设计中的参数表达式

4.3.2 两级运放的快速设计流程

4.3.3 运放设计流程的仿真验证

4.4 LDO中参考放大器的设计

4.5 本章小结

第5章 版图设计与后仿真

5.1 可靠性设计

5.2 系统的版图设计

5.3 系统的后仿真结果

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着移动智能设备的不断发展,电源管理芯片的需求越来越大,要求也越来越高。LDO作为电源管理芯片的一员,具有芯片面积小、功耗低、电源抑制特性好以及电路简单等优点。运算放大器是模拟电路中最基本的具有完整功能的模块单元,是信号处理电路不可缺少的一部分。因此高性能LDO的设计和典型运算放大器设计的研究,具有重要的理论意义和工程意义。
  本文采用TSMC65nm LP CMOS工艺设计了一个无片外电容的LDO电路,其基本模块有电压基准电路、误差放大器、功率器件和电阻反馈网络。由于该LDO没有片外大负载电容,为了保证环路的稳定性,在功率管的栅极和漏极之间插入了补偿电容。为了减小LDO的输出噪声,在电压基准和电阻反馈网络的后面添加了电容和有源电阻构成的低通滤波器,以抑制电压基准电路和电阻反馈网络对输出噪声的影响。为了提高LDO的电源纹波抑制(PSR)能力,在带隙电压基准电路的运放中加入了二极管负载的共源级。另外,本文研究了两级运放的典型模型,给出了快速设计两级运放的设计流程,并进行了验证设计。
  本文对LDO电路进行了版图设计,后仿真,芯片面积为0.344mm×0.347mm。后仿真结果显示,输入电压为1.4~1.8V,输出有1.0V和1.2V两个选择,最大输出电流200mA,最小输出电流10mA。在TT工艺角下,重载下最小压差为182mV,静态电流0.61mA,PSR在1kHz和100kHz分别达到-51dB和-47dB,输出噪声为33nV√Hz。设计达到指标要求。

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