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摘要
随着电子设备的不断更新迭代,其对于电源性能的需求也是不断提高,抗
干扰能力强的稳定电源能够有效避免由于外界干扰导致的输出偏差与功能异
常。低压差线性稳压器(LowDropoutRegulator,LDO)作为电源管理芯片中
不可或缺的一环,能够输出一个稳定的电压以作为其他芯片的供电电源,提高
芯片的抗干扰能力,因此提高LDO抗噪声与维持输出电压稳定的能力正成为
当前主要的研究热点。基于以上背景,开展了对超低噪声高电源电压抑制
(PowerSupplyReject,PSR)的LDO的研究。
论文设计的LDO电路由三部分组成,分别包括基准与偏置电路、主体环
路以及功能模块电路。基于东部180nmCMOS工艺,利用Cadence与Spectre
软件对电路展开了设计与仿真验证。首先根据四种典型结构的带隙基准源电路,
设计了一种基于耗尽管的高阶温度补偿带隙基准电路;其次为了有效降低输出
噪声,将反馈电阻网络前置,设计了基准电压升压电路与滤波电路,利用截止
频率较低的一阶低通滤波器滤除基准噪声与反馈电阻网络噪声;接着为了提高
LDO的PSR性能,设计了套筒式共源共栅放大器与共源极放大器级联的高增
益两级误差放大器,同时为了保证环路稳定性,设计了驱动级与零点追踪补偿
电路;最后考虑到芯片的可靠性与寿命,设计了过温保护、限流保护与短路保
护电路,为了提高芯片的响应速度,设计了瞬态增强与启动加速电路,使得芯
片更具实用价值。对论文所设计的LDO电路进行前仿真验证,结果满足超低
噪声高PSR的设计指标。
在此基础上,对超低噪声高PSR的LDO电路进行了版图设计,整体版图
尺寸为560μm×610μm,面积为0.34mm2。利用Calibre软件提取版图寄生参
数并对整体LDO电路进行后仿真验证,后仿真结果与前仿真结果基本保持一
致。最后进行芯片流片验证,芯片流片封装后测试100颗芯片得静态工作电流
平均值为15.8μA;PSR的实测值为83.2dB@100Hz,80.2dB@1kHz,68.0
dB@10kHz,70.2dB@100kHz;输出积分噪声为6.7μVRMS@10Hz~100kHz;
线性调整率为0.0040%/V;负载调整率为1.74mV;启动时间为55μs;负载瞬
态响应小于19.1mV。芯片实测值满足设计指标要求,论文设计的超低噪声高
电源电压抑制的LDO芯片具有实际应用价值。
关键词:低压差线性稳压器;低噪声;高电源电压抑制
μm×610μm,andtheareais0.34
2
mm.Calibreisusedtoextractlayoutparasiticparametersandperform
post-simulationverificationonthewholeLDOcircuit.Thepost-simulationresults
μA.The
measuredvaluesofPSRare83.2dBwhenfrequencyis100Hz,80.2dBwhen
frequencyis1kHz,68.0dBwhenfrequencyis10kHz,70.2dBwhenfrequencyis
100kHz.Theoutputintegralnoiseinrangeof10Hz~100kHzis6.7μVRMS.The
lineregulationis0.0040%/V.Loadregulationis1.74mV.T
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