高PSR的LDO和BandGap环路自启动电路设计

作     者：田力学 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李颖弢;王锐

授予年度：2023年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：宽电压范围 高PSR 环路控制 自动切换 自启动 

摘      要：随着二十一世纪智能汽车、大数据、物联网等新兴产业的蓬勃发展,对信息技术和集成电路行业提出了各式各样的需求,其中电源管理芯片作为大部分功能模块的供电电路,是市场长期研究的热门话题。低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)和带隙基准源(BandGap,BG)是电源管理芯片中使用非常广泛的单元模块,带隙基准源为电路提供不随温度和工作电压改变的基准电压和基准电流,是芯片进行信号处理和其他功能实现的基础;线性稳压器由于其具有低成本、低功耗、低压差、低噪声、高电源纹波抑制、快的响应速度等优异特性,是许多便携式设备和低功耗电路的主要供电模块。本论文首先介绍了带隙基准和线性稳压器近年来的发展趋势,介绍了国内外不同团队和高校对各个性能方向优化做出的努力,然后详细分析了带隙基准和线性稳压器的工作原理和各项基本参数,主要对电源扰动和噪声的主要来源和传递方式进行了分析与计算,并简要介绍了线性稳压器不同结构功率器件的电源纹波抑制特性。对所设计的高PSR(Power-Supply Ripple Rejection)的LDO和BG环路电路进行了详细的介绍,对LDO采用宽电压范围和高增益设计,并采用NMOS功率管提高LDO的电源噪声抑制能力;带隙基准电路选用PMOS差分输入对,对BG和LDO设计了启动电路,保证环路的正常启动。本论文的工作是基于CSMC 0.18μm BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺进行了设计,合理布局走线,分别绘制LDO和BG的版图,并对版图性能进行了后仿真验证。仿真结果表明,该BG和LDO环路模块能够在6 V-18 V的宽范围电源电压供电,快慢上电均能正常启动。在工作环境80℃时产生3.3 V的LDO输出电压和1.22 V的参考电压,其中LDO最大能驱动8 mA负载,低频电源纹波抑制为-124 dB,线性调整率为0.00039%/V,负载调整率为0.00084%/mA,BG参考电压的温漂系数为31 ppm/℃,拥有极低的电源纹波抑制,低频为-168 dB,66 k Hz时为-64 dB,66 kHz下最大峰峰值噪声电压为1.27 mV,两个模块静态电流为90μA,环路自启动和稳定性均满足设计要求。