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一种快速瞬态响应、高效率、高稳定性LDO芯片的设计

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第一章 绪 论

1.1 电源管理IC的分类

1.2 LDO的发展趋势

1.3课题研究的意义与背景

1.4主要内容及章节安排

第二章 LDO线性稳压器的基础理论

2.1 LDO的结构和基本原理

2.2 LDO的参数指标

2.3 LDO的频率响应

2.4 LDO的瞬态响应

2.5 本章小结

第三章 芯片子模块电路的设计与仿真

3.1 芯片的整体架构

3.2 带隙基准电路

3.3 基准电流源

3.4 调整管元件

3.5 缓冲级电路

3.6 误差放大器

3.7过温保护电路

3.8过流保护电路

3.9环路补偿

3.10本章小结

第四章 芯片整体电路的仿真

4.1 线性调整率

4.2 负载调整率

4.3 静态电流

4.4 漏失电压

4.5 上电时间仿真

4.6 负载瞬态特性仿真

4.7 线性瞬态特性仿真

4.8 环路稳定性

4.9 LDO的PSRR仿真

4.10 本章小结

第五章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

电源管理芯片是当今电子系统中的重要组成部分,目前电源管理电路正在向着高功率密度、高转换效率、高集成度的方向发展。低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)具有低噪声、低成本、应用简单、可靠性高等优点,一直是电源管理领域的重要组成部分。LDO具有输出电压无纹波的特点,非常适合应用于模拟电路、射频电路等低噪声场合,目前LDO越来越多的被应用在移动电子设备中。本文围绕LDO的性能指标、频率稳定性、瞬态响应及其改进方式等方面对LDO进行了研究。然后设计了一款快速瞬态响应、高效率、高稳定性LDO芯片,最后对该LDO芯片整体电路进行了软件仿真。
  本论文首先介绍了LDO的各组成部分和工作原理,同时总结了LDO各项性能指标,以及它们各自所代表的含义和计算表达式,在此基础上介绍了各组成部分对LDO性能指标的影响,进而得出在LDO设计中应该如何对各项性能指标进行折中考虑。本论文研究了普通LDO零极点的分布情况,介绍了传统频率补偿方法以及后来发展出的新型补偿方法。接着对LDO的负载瞬态响应进行了详细介绍,分析了负载瞬态响应的影响因素,同时介绍了一些提高瞬态响应性能的方法。
  本文设计的快速负载瞬态响应LDO基于TSMC的0.5μmCMOS工艺。文章首先设计了LDO的各个模块,然后对稳压环路进行了补偿,采用了一种大驱动能力的缓冲级来提高LDO的瞬态响应速度。软件仿真结果显示,在最大负载电流为500 mA的情况下压降仅为200 mV,当输出电容为10μF、负载电流在1μs内满负载跳变时,输出电压过冲值在21 mV以内,最大下冲的恢复时间在15μs以内,最大负载电流条件下的静态电流为111μA,最大电流效率为99.97%,满足设计要求。

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