摘要: 低压差线性稳压器（LDO）由于其结构简单成本低，纹波小，瞬态响应特性好的特点在电源管理芯片的市场上占有很大的比例。而随着集成电路产业不断发展，集成电路的尺寸越来越小，芯片内部电路也越来越复杂，传统的 LDO由于其外接大电容的特点便不利于片... 展开 低压差线性稳压器（LDO）由于其结构简单成本低，纹波小，瞬态响应特性好的特点在电源管理芯片的市场上占有很大的比例。而随着集成电路产业不断发展，集成电路的尺寸越来越小，芯片内部电路也越来越复杂，传统的 LDO由于其外接大电容的特点便不利于片上集成，同时复杂的负载变化也对 LDO的瞬态响应特性提出了更高的要求。而一些模拟电路对电源纹波敏感，这对为其供电的 LDO的电源纹波抑制性能也提出了更高的要求。所以对于具有快速瞬态响应，高电源纹波抑制比（PSR）特性的无片外电容LDO的研究具有重要的意义。本论文的主要研究内容和成果如下： （1）针对 LDO 的瞬态响应特性，本文分析了其响应原理和影响因素。在此基础提出了一种摆率增强电路，通过源级跟随器和电容耦合的作用检测由于负载的突变导致的输出电压的变化，来控制晶体管的通断，从而增加给功率调整管栅极的充放电电流大小。在输出电压稳定的情况下，摆率增强电路不工作，电路只消耗很小的电流。与传统方法相比，本文的方法增加的功耗小，并且不会带来稳定性问题。仿真结果表明加入的摆率增强电路优化了LDO的瞬态响应特性，减小了下冲和过冲电压。 （2）无片外电容 LDO 由于没有外接大电容的存在，环路稳定性需要重新考虑，本文分析了无片外电容 LDO的环路特性和传统的嵌套式米勒补偿方式，在此基础上引入了Q值减小电路，降低了无片外电容LDO的最小负载电流要求，仿真结果表明在低负载电流情况下环路也可以保持稳定。 （3）本文分析了无片外电容 LDO 的各模块电路对整体 PSR 性能的影响，针对LDO的中低频PSR性能，设计了一种高PSR的带隙基准电压源，通过加入一个电压减法电路来提高带隙基准源的 PSR 性能，与传统的利用预稳压电路提高带隙基准源的PSR 的方法相比，本文设计的基准源需要的电压裕度更小，结构更简单。仿真结果也表明采用高PSR带隙基准源来提供参考电压的LDO，中低频PSR性能得到了提高。 （4）在实际应用中为保证 LDO 系统的可靠性，需要一些辅助电路的协作，为了防止芯片温度过高损坏芯片，设计了一款具有迟滞功能的过温保护电路；为了防止电源电压过低导致电路工作异常，设计了欠压保护电路；为了防止电路启动时浪涌电流过大，设计了缓启动电路；这些辅助电路的设计保证了系统的可靠性和实用性。 本文的LDO电路是基于TSMC 65nm CMOS工艺设计的，输入电压范围2.7V~3.3V，amp;nbsp;输出电压 2.5V，设计负载电流 100mA，仿真结果表明其具有良好的瞬态响应和中低频PSR特性，可以应用在便携式的电子产品和可穿戴设备中。 收起