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一种动态零点补偿的LDO线性稳压器设计

电子质量 2017年第12期 77-79,84页

作者：刘忠超张雨连云港杰瑞电子有限公司江苏连云港222000

该文设计了一种动态零点补偿LDO。针对LDO的环路稳定性与负载电流有关的特点,给出一种动态零点补偿电路。该补偿电路位于误差放大器与缓冲器之间,能够产生一个零点,且零点的位置随着负载电流的变化而变化,从而大大降低负载电流对LDO控... 详细信息

该文设计了一种动态零点补偿LDO。针对LDO的环路稳定性与负载电流有关的特点,给出一种动态零点补偿电路。该补偿电路位于误差放大器与缓冲器之间,能够产生一个零点,且零点的位置随着负载电流的变化而变化,从而大大降低负载电流对LDO控制环路稳定性的影响。设计采用TSMC 0.35μm标准CMOS工艺模型完成电路设计与仿真、版图绘制和流片测试,最终芯片面积为300μm×450μm。设计的LDO可在3.5~6V电源电压下工作,输出电压为3.3V。芯片测试结果表明,当负载电流为100mA时,LDO的线性调整率和负载调整率分别为3.7μV/mV和275μV/mA,整个电路的静态电流约为50μA。

关键词：动态零点补偿误差放大器稳定性

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宽范围负载CL-LDO的设计

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 109-116页

作者：唐俊龙关浩邓欢李振涛邹望辉长沙理工大学物理与电子科学学院湖南长沙410011 湖南毂梁微电子有限公司湖南长沙410008

针对规模与功耗骤增的集成电路发展趋势,设计了一种可以提供宽范围负载电流的无片外电容型低压差线性稳压器(CL-LDO).为了解决宽范围负载电流与无片外电容等需求所带来的稳定性问题与瞬态特性问题,提出了动态零点补偿的方式与瞬态增强... 详细信息

针对规模与功耗骤增的集成电路发展趋势,设计了一种可以提供宽范围负载电流的无片外电容型低压差线性稳压器(CL-LDO).为了解决宽范围负载电流与无片外电容等需求所带来的稳定性问题与瞬态特性问题,提出了动态零点补偿的方式与瞬态增强电路结构,既保障了整体电路在全负载范围内保持稳定,又实现了较好的瞬态特性.基于0.11μm CMOS工艺,完成电路设计、版图设计与仿真,仿真结果表明,在0~500 mA的负载范围内,整体环路增益可以达到68 dB;最小相位裕度为56°;当负载电流在1~500 mA之间发生跳变时(Δt=500 ns),输出过冲和下冲分别为56 mV和141 mV,建立时间分别为2μs和0.78μs;PSR为-67.2 dB@1 kHz,负载调整率为0.137μV/mA.

关键词：低压差线性稳压器动态零点补偿瞬态增强宽范围负载

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一种LDO线性稳压器稳定性动态补偿方法

电源技术 2009年第8期33卷 701-704页

作者：王进军王侠宁铎张方辉马颖陕西科技大学电气与信息工程学院陕西西安710021 西安科技大学电气与控制工程学院陕西西安710054

通过借助频域傅里叶分析的方法,对LDO线性稳压器系统的稳定性进行了分析研究,给出了一种LDO线性稳压器系统稳定性动态补偿的方法。仿真结果表明,采用该方法设计的LDO线性稳压器具有高的稳定性。

关键词： LDO 稳定性动态零点补偿

低压瞬态增强无片外电容LDO线性稳压器的研究与设计

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低压瞬态增强无片外电容LDO线性稳压器的研究与设计

作者：董祖奇西安电子科技大学

学位级别：硕士

低压差线性稳压器以其结构简单,低噪声,低功耗以及较小的封装面积和较少的外围器件等突出优点,在电源管理芯片中占有重要地位。传统的低压差线性稳压器需要很大的输出电容来保证其稳定工作,然而大的负载电容与系统大规模集成这一主流趋... 详细信息

低压差线性稳压器以其结构简单,低噪声,低功耗以及较小的封装面积和较少的外围器件等突出优点,在电源管理芯片中占有重要地位。传统的低压差线性稳压器需要很大的输出电容来保证其稳定工作,然而大的负载电容与系统大规模集成这一主流趋势相违背。如何进一步减小LDO线性稳压器的片外元件激发了人们的研究热情,无片外电容LDO线性稳压器随之产生,成为当今低压差线性稳压器的研究热点。本文结合当今LDO研究热点和难点以及前人提出的思想和架构设计了一款低电源电压瞬态增强的无片外电容LDO线性稳压器。该芯片采用调整管与其他模块分开供电的双电源电压供电模式。其中,调整管电源电压最低仅为1.3V,有效地提高了LDO线性稳压器效率,降低了LDO功耗。误差放大器采用动态零点补偿,补偿的左半平面零点能跟随负载电流变化,从而可以精确跟踪输出极点的变化,实现了LDO全负载范围内的稳定工作。在主环路误差放大器后加入了由轨对轨运算放大器实现的缓冲器,能够对调整管栅端进行快速充放电,极大地缩短了负载跳变时主环路的响应时间,提高瞬态响应速度。与此同时,本文借鉴前人的设计思想,在主环路外还额外增加了瞬态增强电路,在主环路还未来得及反应时,由该电路暂时接管对调整管栅端的控制,为调整管栅端的寄生电容提供额外的充放电通路,进一步提高了瞬态响应速度。仿真结果表明,本文设计的无片外电容LDO全负载范围内相位裕度均满足要求,能够实现从空载到满载的稳定工作。同时,当LDO负载电流以1A/us的速率从1mA跳变为3A时,输出电压变化小于95mA输出电压再次恢复稳定的时间小于37us;当负载电流以-1A/us的速率从3A跳变为1mA时,输出电压变化小于45mA,输出电压再次恢复稳定的时间小于340us。

关键词：低压差线性稳压器无片外电容低电源电压瞬态增强动态零点补偿

基于单兵作战装备的超低压线性稳压器的研究与设计

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基于单兵作战装备的超低压线性稳压器的研究与设计

作者：石斌西安电子科技大学

学位级别：硕士

科技的发展推动了军事的进步,集成化和智能化的单兵作战装备极大地提升了单兵作战能力,但同时也对电源续航和可靠性提出了更高的要求。因此,设计高性能的电源管理芯片对于单兵作战装备能够持久和稳定使用意义重大。本文基于单兵作战装... 详细信息

科技的发展推动了军事的进步,集成化和智能化的单兵作战装备极大地提升了单兵作战能力,但同时也对电源续航和可靠性提出了更高的要求。因此,设计高性能的电源管理芯片对于单兵作战装备能够持久和稳定使用意义重大。本文基于单兵作战装备的特点设计了一款高效率,高精度,高电源抑制比,具备快速瞬态响应能力,可低压大电流输出的超低压差线性稳压器芯片XD1989。采用内部功能模块和集成NMOS调整管分开供电的双电源模式,有效减小了漏失电压和芯片面积,提高了LDO效率和电源抑制比。设计了折叠式共源共栅误差放大器和动态零点补偿电路,保证系统拥有足够的环路增益,进而保证了输出电压精度,动态零点随负载电流而改变一直跟踪LDO输出极点,起到相互抵消的作用,在不降低环路带宽的条件下使LDO始终等效为一单极点系统,在全负载范围内拥有足够的相位裕度,保证了系统稳定性,并具备快速瞬态响应能力。设计并分析了LDO基准,使能,欠压锁定和输出电压良好指示等关键模块电路。本文基于0.18μmBCD工艺设计XD1989,并采用Cadence公司的Spectre仿真工具对各模块及芯片整体性能指标进行了仿真验证。仿真结果表明:芯片在4A满载时漏失电压仅82mV,静态电流的典型值为1.305mA,最低输出0.8V时的线性调整率仅0.00019%/V,输出1.5V时的负载调整率仅0.115%/A,当负载电流以1A/μs从100mA跳变至4A时,输出电压最大下冲量为93.3mV,恢复时间约10μs;当负载电流以1A/μs从4A跳变至100mA时,输出电压最大上冲量为117mV,恢复时间约10μs,响应速度快,输出过冲小,稳定性良好。各模块及芯片整体所有性能指标均能达到设计要求。

关键词： LDO 超低压差动态零点补偿稳定性

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宽输入高稳定性低压差线性稳压器的设计

宽输入高稳定性低压差线性稳压器的设计

作者：吴美中西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路在国内的发展,越来越多的企业将目标从消费类电子往汽车工业电子转移。汽车电子应用环境与消费类电子相比有相当大的差异,其中显著的区别就是汽车电子中电源电压高于消费类电子。要使汽车电子应用安全稳定,电源管理芯片的... 详细信息

随着集成电路在国内的发展,越来越多的企业将目标从消费类电子往汽车工业电子转移。汽车电子应用环境与消费类电子相比有相当大的差异,其中显著的区别就是汽车电子中电源电压高于消费类电子。要使汽车电子应用安全稳定,电源管理芯片的性能就显得尤其重要。线性稳压器因其结构简单、外围器件少、响应速度快、输出纹波小以及成本较低的特点,被广泛使用。本文通过对稳压器的基本原理进行研究,结合汽车电子的应用环境,设计了一款车用环境的宽输入高稳定性低压差线性稳压器。本文所做的主要工作如下:1.结合宽输入电压的应用环境,搭建了线性稳压器的基本结构。内部有预稳压模块,生成一个低电压供其他模块使用;功率管的结构采用隔离PMOS与高压PMOS串联的结构来耐受高压;误差放大器的输出与功率管之间添加缓冲级,将误差放大器输出的低压环路信号转换成两路高压信号进行功率管控制。2.集成了过流保护和过温保护电路。过流保护电路采用放大器进行环路控制,限制输出电流的最大值,防止芯片输出电流过高;过温保护电路在过温状态下输出跳变,控制关断功率管,直到芯片温度降到足够低再重新开始工作。3.为实现高稳定性的性能,结合环路中极点分布的特点以及大输出电流的需求,对误差放大器主环路添加了动态零点补偿电路,保证在全负载范围内输出稳定性够高;过流保护环路也添加了补偿电路,且补偿电路不直接添加在主环路信号上,防止影响主环路的正常工作。4.为了提高线性稳压器的效率以及降低芯片的功耗,本文对所有设计的电路进行了低电流处理,在不影响功能和性能的前提下,尽可能减小各个模块的电流,使得最终整体电流足够小。5.仿真验证性能参数并根据设计要求对电路进行修调,对完成的电路图进行了版图设计,流片完成后对样品的相关参数进行测试,并与设计要求相比较。本文设计的宽输入高稳定性低压差线性稳压器电路基于某海外0.18μm 60V BCD工艺。使用Cadence进行电路的设计和仿真,通过仿真验证,环路的相位裕度在corner、温度及负载变化的所有情况下均达到40°以上,满足高稳定性的性能要求;用Cadence完成版图设计,总面积为2260μm×1100μm;最终流片并测试芯片样品,测试结果表示,本文设计的线性稳压器电源电压最高可达40V,表现出宽输入的特性,最大输出电流为300m A,轻载时静态电流为19μA,过流保护和过温保护功能正常。

关键词：低压差线性稳压器宽输入高稳定性动态零点补偿保护电路

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一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计

一种低功耗高稳定性LDO线性稳压器的设计

作者：胡渊华中科技大学

学位级别：硕士

随着电源管理IC技术的不断发展,高性能低成本的电源管理芯片越来越受到用户的青睐。LDO线性稳压器以其低噪声、高电源抑制比、微功耗和简单的外围电路结构等优点而被广泛应用于各种直流稳压电路中。为适应电源市场发展的需要,结合LDO系... 详细信息

随着电源管理IC技术的不断发展,高性能低成本的电源管理芯片越来越受到用户的青睐。LDO线性稳压器以其低噪声、高电源抑制比、微功耗和简单的外围电路结构等优点而被广泛应用于各种直流稳压电路中。为适应电源市场发展的需要,结合LDO系统自身特点,设计了一款低功耗、高稳定性LDO线性稳压器。本文首先简要介绍了LDO线性稳压器的工作原理与基本性能指标。其次,从瞬态、直流、交流三方面对系统结构进行深入研究,阐述LDO稳压器的设计要点与各种参数的折衷关系。随后从低功耗设计的角度出发,对各子模块结构进行优化,从而确立最终的系统架构。通过建立LDO电路的交流小信号模型,计算得到系统的环路增益并由此推出电路中零极点的分布位置从而获得研究系统稳定性问题的途径。针对文中采用的两级级联误差放大器直接驱动调整管栅极的拓扑结构,引入嵌套式密勒补偿和动态零点补偿两种方法来保证系统的稳定性要求。讨论了嵌套式密勒补偿中调零电阻可能存在的位置,确定最合适的补偿结构从而有效地消除了右半平面零点对系统稳定性的影响。最后分析了各子模块电路的结构与工作原理,并给出了LDO系统模块与整体仿真的结果与分析。电路设计采用了CSMC 0.6um CMOS工艺模型,对LDO稳压器在不同的模型、输入电压、温度组合下进行前仿真验证。结果表明:电路不带负载的静态电流为1.79 uA,系统带宽几乎不随负载变化,在输出电流范围内能保证较好的稳定性。

关键词：线性稳压器低压差嵌套式密勒补偿动态零点补偿低功耗

超低功耗、宽范围低压差线性稳压器的研究与设计

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超低功耗、宽范围低压差线性稳压器的研究与设计

作者：朱杰电子科技大学

学位级别：硕士

随着电源管理芯片应用领域的增多以及相应技术的飞速发展,电源管理芯片的输入电压范围需求明显增加,目前最新的车载电子系统的供电电压高达48V。其次芯片能耗迅速上升与电池技术发展缓慢的矛盾,限制了诸多电子设备的应用潜力。针对上述... 详细信息

随着电源管理芯片应用领域的增多以及相应技术的飞速发展,电源管理芯片的输入电压范围需求明显增加,目前最新的车载电子系统的供电电压高达48V。其次芯片能耗迅速上升与电池技术发展缓慢的矛盾,限制了诸多电子设备的应用潜力。针对上述问题,本文研究并设计了一种超低功耗、宽输入范围的LDO。本文首先简述了LDO的工作原理,之后对低静态电流LDO的环路稳定性和快速瞬态响应进行了研究与分析。针对汽车电子等高供电电压的应用场景,本文设计了一种预偏置LDO电路,将宽范围输入电压转为内部相对稳定的低压电源,从而兼具高性能和低功耗的设计需求。在低静态电流LDO中,受到误差放大器尾电流的限制,无法将误差放大器的输出极点推到高频,而输出极点随负载电流的变化范围极宽,本文通过设计零极点追踪补偿网络降低误差放大器输出处的相位裕度衰减,同时在输出极点处设计动态零点补偿电路,实现负载电流追踪和负载电容追踪,在全负载和宽输出电容范围下保证LDO的稳定性;尾电流的限制带来的另一个问题是误差放大器的摆率降低,瞬态响应变差,本文设计了一种基于动态电流偏置的瞬态响应增强电路,该电路不经过误差放大器主环,直接对误差放大器输出端进行充放电,有效提高了瞬态响应能力。为了提高LDO芯片的可靠性,设计了一种软启动电路,避免启动过程中的浪涌电流及芯片内部模块误开启,同时芯片内部集成有欠压、过温、过流保护电路。针对在现有工艺下高温时主功率管漏电严重的情况,设计了高温电流泄放电路,保证在空载时LDO可以正常工作。本文基于0.18（?）m BCD工艺,设计了一种超低功耗、宽输入范围LDO,并使用spectre仿真软件对所设计的子模块和LDO整体系统进行了仿真验证。其输入电压范围为3.6V-40V,输出电压为固定的3.3V和5V,输出负载电容的范围为1（?）F-200（?）F,轻载下的静态电流仅有4.6（?）A,线性调整率为0.011m V/V,负载调整率为0.045m V/m A,低频电源抑制比达到了102d B,负载电流在1m A到100m A之间跳变时,下冲电压为331m V,过冲电压为221m V。

关键词： LDO 超低功耗宽输入范围动态零点补偿软启动