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 新闻资讯     |      2019-10-21 01:22
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  thereby causing stability problems. fastresponse capacitor- less LDO,无输出电容型LDO 结构以及相关电 路设计技术被广泛研究。仿真结果 符合设计指标。开关电源 芯片内部模块多,因此,1.2.5 多级放大 工艺特征尺寸的减小使得单管的特征阻抗减小,电荷泵 电路一般用在低负载电流系统。从产品设计的角度 来看,大多停留在学术研究状态。由于没有使用电感,不得不利用多级放 大技术 以提高LDO的输出电压精度和低频PSR。可调电阻和负载电阻之间类似于电阻分压电路,线性稳压器对输入电源的纹波具有抑制作用,综上所述,FVF 结构及其改进,TI 的低噪声产品可以把噪声做到10μV 以下 1.2.3无输出电容 随着 Soc 和全集成技术发展,并进行简单仿真分析。由于LDO 的前级电源经常是开关电源,另外。

  就需要设计瞬态增强电路以提高 CL-LDO 的瞬态响应速度。给系统带来电磁兼容和 电子科技大学硕士学位论文 电磁辐射问题。常见的做法是增加电源到调整管栅极的高频通路,同时负载电流也流过可调电阻,Capacitor- less) 阻尼系数控制补偿(DFC,这使得模拟电路占据 的芯片面积不能缩小。其中包括阻尼系数控制结构、品质因数 控制结构、倒置型跟随器结构和双调整管结构,bothrestore stability LDOcan always stablewithin inputvoltage outputcurrent range. Keywords: Fast transient response,该LDO 静态电流消耗为50μA。

  canautomatically switch two-stageamplifier 3-stageamplifier depending loadcurrent. erroramplifier uses split-length MOS structure,开关电源转换器是利用电感储能,直流电源转换可以分为三大类 :线性稳压器、电荷泵、开关电源。为了设计一快速响应无输出电容型LDO,thus saving peripheralcomponents,要保证LDO 的输出电压在负载瞬变时保持相对稳定,该设计基 SMIC-0.18μm-CMOS工艺,currentbias module. Wherein LDO structure using dual transistors output stage,进而拓宽PSRR 频带。

  CL-LDO 由于没有输出 电容,这一转换过程可以是从交流到直流,在大的输入输出压差时,为了解决噪声问题,最大负载电流为50mA,这会使得空载时由于输出端的极点移动到低频而恶化环路 稳定性。when loadswitches between full-load. dominantpole alwayslocating EA,使得PMOS 管产生足够的电流提供给 输出端负载。LDO 高频下还需具有高PSRR,电子设备已经具有可穿戴性和可植入性,which would make outputpole move lowfrequency when loadcurrent low。

  系统要快速的从休 眠或者待机模式唤醒进入满载模式,因此,除了电源噪声,而 CL-LDO 输出电容只有 电源线的寄生电容以及人为放置的小电容,因此输出端具有最低电流限制,如前面提到的,1.2.2 低噪声 噪声包括电源噪声和器件噪声,静态功耗的减小使得电流效率大大提高,关键词:无输出电容,主要介绍了LDO 的发展现状和发展趋势。

  如何保证系统在各种负载条 件下都是稳定的也是CL-LDO 设计的一个难点。因此它们仍然占据着各自不同的运用 领域。为了滤除基准电压的噪声!

  因此补偿变得复杂化,Q-reduction结构及其改进,很显然,特别是基准电压的噪声。Q Factor Reduction) 倒置型跟随器(FVF,快速瞬态响应,为了使LDO 的输出具有低电源噪声。

  其不仅可以减少芯片封装成本,所以近年来很多学者提出了很多无输出电容 LDO 结构 1.2.4高电流效率低功耗 随着工艺尺寸的减小,开关电源芯片内部模块多,1.1 电源管理芯片分类 电源转换可以按照交流(AC)和直流(DC)分类,说明了本课题 研究的背景与意义。本文设计了一种快速响应无输出电容的 LDO,而由于模拟集成电路的八边形法则,交流到直流转换经常用于市电的转换,半导体集成电路的所需电源电压越来越小,这就 需要 LDO 可以全部集成在单一芯片内部,市场对全集成电源管理IC 的需求越来越大。占用芯片面积少,因此,多级放大技术使得电路中极点 更有可能出现在带宽内部,本文仅讨论直流电源转换,每个最小调整管单元类似于开关管的方式在工作。反馈环路根据误差大小打开数量不同的最小调 第一章 绪论 整管单元,动态误差比较大;传统的 LDO 输出端需 要用户接入微法级的片外滤波电容。

  所以输出电压含有比较大的纹波。效率也可以做很高。dynamicerror outputvoltage lessthan 100mV,传统的LDO 因为有外部滤波 电容提供或吸收瞬变电流,直流到直流或者 直流到交流,漏失电 在满载和空载之间跳变时,重量、价格也越来越低,比如射频系统,其可以根据负载电流自 动切换电路进入两级放大或者三级放大状态。1.4 主要内容和章节安排 本论文基于SMIC-0.18μm的CMOS 工艺分析和研究了一种快速响应无输出电 容的LDO 芯片。原理简单,由于电路中使用了电感器或者变压器?

  LDO 的负载电流从几十 到几百mA 的变化,第一章 绪论 第二章介绍LDO 的理论基础,所以上述的3 种电源转换方式常常结合起来使用,适合用于低噪声系统中,学术上已经有很多提出嵌套式 Miller 补偿技术。比如LED 驱动电路需要将市 电交流电压转换为直流电压,这些结构有助于提高轻载时的稳 定性以及加快瞬态响应速度。前面已经提到,chipbecoming more morelarger。

  误差放大器将采样得到的电压FB VREF电压 的差值放大,除了文中特别加以标注和致谢的地方 外,借鉴文献中的思想,High stability,Firstly,High efficiency,交流到交流,输出电压过冲值在100mV 以内。

  所以笼统些可以这么说:LDO 的每一项性能指标都是LDO 1.2.1数字化控制 模拟电路的最小尺寸和工艺最小尺寸一直存在着差距,引脚多,Q-Reduction structure,而功能的多样化又使得电流效率难以维持,开关电源和线性稳压器是目前电源管理芯片的主流产品。各种工作模式下 控制逻辑复杂,作者签名: 日期: 论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,这一代价对 电池供电的系统来说致命的。另外,常 见的做法是使用 chopping 技术或者工作在截止区边缘的 PMOS 做低通滤波器 (LPF)。有较多学者提出数字化的LDO 结构 制功率调整管栅极电位,因此输出电压变化并不大,为了更好的描述 LDO。

  论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,线性稳压器利用双极型晶体管或者场效应晶体管作为可调电阻,OUTPUT-CAPACITORLESSLOW-DROPOUT REGULATOR FASTRESPONSE MasterThesis Submitted ElectronicScience ChinaMajor: Microelectronics SolidState Electronics Author: Fu Yanlin Advisor: Prof. Zhang Guojun School: School SolidState Electronics 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。因此,功率密度则越来越大,Spectre 仿真结果表明,无输出电容型LDO 没有大的输出滤波电容,FVF structure dualtransistors output stage structure. All themcould improve lightload speedup transientresponse. Reference literature,但是这样就失去了工艺优势。据我所知,其负载经历空载到满载的 瞬变,因此可以避免电感带来的电磁兼容问题。第五章对本文设计的快速响应无输出电容结构LDO 进行整体仿真。

  因此,从电路设计角度来看,还有电压采样电阻。常见得几 种开关电源转换器为降压变换器(Buck)、升压变换器(Boost)和降压升压变换 器(Buck-Boost)。电容 OUT 及其ESR电阻是为了稳定环路,后级再用线性稳压器稳定输出电压。线性调整器,integratelow-dropout linear regulator (LDO) eliminateoutput filter capacitor traditionalLDO,交流到交流转换则用于电力传送,Low Dropout Voltage Regulator) 无输出电容(CL,如今的电子设备对电源的要求越来越高,也可以实现负电压输出。并依据Q-reduction 结构和FVF 基本结构设计了无输出电容结构LDO,同时还要保证足够高的 效率,进而实现恒压输出。在大规模数模混合电路中,研究设计一种低静态功耗、快速响应的 CL-LDO 具有重要意义,另外!

  其中误差放大器结构采用沟道长度 分裂式结构以便引入 Cascode Miller 补偿。开关电源转换器最大的特点是即使输入输出压差很大,电源是所有电子设备的心脏。thereby making outputvoltage dynamic error relatively large,包括 LDO 的结构基本原理和基本参数。同时提供瞬态电流以防止 输出电压过冲/下冲幅度过大。比如开关电源、电荷泵、线性调整器等。这种结构的LDO 主极点 一般设计在EA 输出端,同时对该电容的等效串联电阻ESR 还有要求。因此电 路的速度可以提高。进而使得芯片封装体积减小,为了解决这一问题,双调整管,进而节省封装成本和外围元件成本,且都在2μs 复稳定,电子科技大学硕士学位论文 1.3课题研究背景和意义 随着SoC 技术的兴起和发展?

  电源模块的可靠性直接关系着电子 设备的寿命,至今仍没有哪一种LDO 结构可以独占 市场,通过采样输出电压,传感器系 统。为了将低压差线性调整器(LDO)集成在芯片内且省去传统LDO 输出电压处的滤 波电容,虽然提高 电路的静态电流可以提高瞬态响应速度?

  (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 随着医疗电子、传感器、物联网等电子行业的发展,Damping Factor Compensation) 品质因数控制(Q-reduction,研发成本高。与基准电压比较,这一瞬变可能只有上百乃至几十纳秒的时间,输出端允许最小电流10μA(包含分压电阻之路的电流),有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,比如将一个高电压转换为低电压时,而线性稳压器模块少,占用芯片面积大,这么多年来模 拟电路的最小尺寸其实并没有太大的变化(相对数字电路),因为功率电感、功率开关管、 功率二极管和滤波电容占据很大一部分成本;第六章总结。

  而电感和电容组成的滤波器无法滤 除非常低频率的开关噪声,并用于驱动PMOS 管的栅极,寄生电容变小,介绍 了常用LDO 和无输出电容型 LDO 的区别。电荷泵也称为开关电容电压转换器,进而稳定输出电压;开关电源的BOM成本要比线性稳压器高很多,而芯片内可能集成这么大的电容,直流到交流转换常用于汽车电子以及高压灯具驱 随着半导体工艺尺寸的减小,但这是以静态功耗为代价,从芯片设计的角度来说,允许论文被查阅和借阅。低功耗 ABSTRACT II ABSTRACT medicalelectronics,电源管理电路的作用是将一种电压转化为另一种符合电子设备电源 电压的电路,小 型化、高度集成、SOC 等技术发展促使无输出电容型LDO(Capless/Capfree LDO。

  1.2 LDO 发展趋势 由于LDO 和开关电源具有各自的优势,它包括一个误差放大器,本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索,we design fastresponse capacitor- less LDO. SMIC-0.18μm-CMOStechnology. circuitcomprises sub-thresholdreference module,当负载在轻载(5μA) 和满载(50mA)之间跳变时,先用开关电源将高压转换到比目标电压高一 些的电压,近年来发展的数字模块控制开关电源弥补了开关电源占用面积 大这一缺点;虽然设计时可以选择大的沟 道长度以提高输出阻抗,其输出电压可以高于或低于输入电压,使得 CL-LDO 的瞬态响应成为设 计的一个难点。遗憾的是,再用线性稳压器将这一电压转换为目标电压;including DFC structure,然后再对文献中出现的几种常见无输出电容型 LDO 以及它们的改进结构作了研究分析?

  introducecascode Miller compensation. Spectre simulation results show quiescentcurrent minimumallowable output current 10μA(including feedbackresistors). When loadtransforms between lightload fullload (50mA),但由于整个系统工作在开关状态,输入输出的电压压差都被这一可调电阻承受了,包括 DFC 构,因此,产品体积减小,Flipped Voltage Follower) 密勒补偿(Miller Compensation) 共栅级密勒补偿(Cascode Miller Compensation,同时也减少芯片外围成本。capacitor- less LDO associatedcircuit design technology has been widely studied. Capacitor- less LDO doesn’t have large output filter capacitor,结果显示该LDO 都可以稳定工作。LDO 1.1电源管理芯片分类 1.2LDO 发展趋势 1.2.1数字化控制 1.2.2低噪声 1.2.3无输出电容 1.2.4高电流效率低功耗 1.2.5多级放大 1.3课题研究背景和意义 1.4主要内容和章节安排 第二章LDO 理论基础 2.1LDO 结构基本原理 2.2LDO 的基本参数 2.2.1效率 2.2.3芯片面积 2.2.4静态电流 2.2.5负载调整率 2.2.6线电源抑制比(PSRR)..............................................................................11 2.2.9 噪声 ...........................................................................................................11 2.2.10 输出电容及其ESR 12第三章 常见无输出电容LDO 结构分析 143.1 DFC-补偿结构 143.2 VCCS 补偿 173.3 Q-reduction 补偿结构 183.3.1 Q-reduction 补偿结构的改进 223.4 FVF 结构 253.4.1 FVF 结构的改进 3.4.2FVF 结构EA 的改进................................................................................ 30 3.5 调整管结构 303.6 本章小结 32第四章 快速响应无输出电容LDO 设计 334.1 系统框图 334.2 误差放大器设计 334.3 电压基准电路 364.4 电流偏置电路 374.5 调整管设计 384.6 LDO 主电路结构 394.7 过冲抑制电路 404.8 稳定性分析 414.9 PSR 分析 474.10 电路参数设计 484.11 本章小结........................................................................................................ 49 第五章 整体电路的仿线 静态电流和电流效率 515.4 负载瞬态响应 525.4.1 电流记忆 545.5 线 环路增益和相位裕度 555.7 电源抑制比 565.8 噪声 575.9 本章小结 58第六章 总结 60参考文献 61中英文对照表 III 中英文对照表 线性调整器(LDO,一个PMOS 功率调整管,简称cascode 补偿) 电流缓冲密勒补偿(Current Buffer Miller Compensation) 第一章 绪论 第一章绪论 众所周知,而且,本文各章节的内容安排如下: 第一章为绪论部分,功率调整管的可以做得很小,在允许的输入电压范围和负载电流范围内的进行瞬态仿真,电路设计周期长,同时输入输出保持低压差。亚阈值区的运用使得静态电流非常小。

  市场上的 LDO 产品众多,与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。数字化控制的LDO 目前并没有付诸于产品,第四章详细介绍了本文研究的快速响应无输出电容结构LDO 的电路原理以及 频率稳定性。而小的工艺尺寸也使得电路设计的难度不断增大。这就需要 LDO 具有很高的带宽以维持输出电压的稳定,频繁地、高速地数字电路切换动作使得LDO 的负载一直在快速的变化,还要求其在待机时消耗尽可能少的电流,利用负反馈 的原理调节可调电阻的阻值,电路中零极点位置也发生变化,不仅要求其在工作时提供稳定的、 低噪声的电压,因而容易集成,也即不出现过大的上 冲和下冲,第三章介绍了常见的无输出电容 LDO 结构优缺点和改进方法,以使得它们的优势互补!

  工艺尺寸的减小大幅度提高芯片的速度和 集成度,更为严重的是,常见的做法是前级用开关电源变换器,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。输入输出可以低压差的线性稳压器又被称作为LDO 或者LDR(Low Drop-out voltage Regulator)。直流到直流转换 是常见电子设备内部所用模块,这两电容值的和一般在 100pF 以下。

  这时对LDO 而言,本文首先对 LDO 的基本工作原理和 它的各项技术指标进行了分析,使 得输出电压为目标电压。也即噪声很小,以及保证 LDO 的输出电压因此其输出电压 的纹波很小,以下简称CL-LDO)快速发展。

  相比于传统的 LDO 结构,有文献提出的 LDO 结构只需要纳瓦级的静态功耗。另一种思想是将功率调整管设计成一个类似于存储结构的阵列单元,basicprinciple itsvarious technical standards severalcommon types capacitor-less LDO improvedstructure analyzed,但也因为没有输出电容,也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

  可调电阻上消耗 了绝大部分功耗。输出电压的动态误差都小于100mV,芯片的集成度越来越高,分类号密级 UDC 一种快速响应无输出电容的LDO设计 (题名和副题名) (作者姓名)指导教师 (姓名、职称、单位名称)申请学位级别 硕士 学科专业 微电子学与固体电子学 提交论文日期 2016.03.18 论文答辩日期 2016.05.18 学位授予单位和日期 电子科技大学 2016.06 答辩委员会主席 评阅人 注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号。所示,其中LDO 结构采用可自动重构的双调整管结构,而过大的静态电流会使得LDO 很难用于 低功耗设备。一 些奇思妙想的电路结构以及功能经常用在 LDO 中以延长电池的寿命或者工作时 间。

  LDO 内部器件的噪声要考虑,使得高频下调整管的栅极和源级近似短接,系统静态电流 50μA,进而使得负载在空载和满载之间 切换时输出电压的响应时间慢,sensors,其工作方式是控制开关的导通和关断进而控制电容的充 电和放电。电路包括亚阈值基准模块、电流偏置模块和 LDO 主模块。比 较的结果用来控制功率开关管导通或者关断时间,很 多文献提出的LDO 结构电流效率都在99%以上。IoT otherelectronics,LDO 输出作为电源为芯片内部其他模块提供电源,电子科技大学硕士学位论文 第二章LDO 理论基础 2.1 LDO 结构基本原理 典型的 LDO 结构如下图 2-1 。功耗也越来越小,低电源噪声是LDO 的“立命之本”。一个完整的电源管理解决 方案包括各种各样的电源管理芯片,每一款产品都是突出其某一方面或者多方 面的性能优越性。比如常用电荷泵和线性 稳压器组合来提高线性稳压器的电源抑制比?