線性穩(wěn)壓器的基本工作原理和系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵模塊的研究與設(shè)計詳細(xì)說明

　　LDO線性穩(wěn)壓器是移動便攜式電子設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛的一類電源管理芯片。由于LDO具有結(jié)構(gòu)簡單、功耗較低、成本較少、噪聲較小、電源抑制能力較強等特點，成為便攜式消費電子產(chǎn)品中極具競爭力的電源解決方案之一。本文設(shè)計了一款帶備用電源供電的LDO線性穩(wěn)壓器，以此為研究平臺，重點對線性穩(wěn)壓器中關(guān)鍵模塊的電路結(jié)構(gòu)和物理版圖進行了深入探討和設(shè)計優(yōu)化。

　　首先，研究和分析了線性穩(wěn)壓器的基本工作原理和系統(tǒng)架構(gòu)，介紹了LDO的重要組成部件及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，探討了線性穩(wěn)壓器的主要設(shè)計指標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)架構(gòu)研究LDO關(guān)鍵模塊對其性能參數(shù)的影響，為后續(xù)關(guān)鍵模塊的電路設(shè)計提供了理論依據(jù)。

　　其次，結(jié)合設(shè)計目標(biāo)，對LDO關(guān)鍵模塊進行電路設(shè)計及仿真。整體電路設(shè)計包括工作在線性穩(wěn)壓模式下的帶隙基準(zhǔn)電路、誤差放大器、導(dǎo)通管和反饋環(huán)路等LDO電路模塊，還有備用電源供電模式下的低阻值PMOS開關(guān)管、電源切換模塊等邏輯控制電路，以及保證芯片正常工作的過熱保護和限流保護電路。

　　最后，考慮器件匹配、噪聲隔離以及減小耦合等諸多因素，對LDO的版圖布局，以及關(guān)鍵模塊中導(dǎo)通管與開關(guān)管、誤差放大器及緩沖級、帶隙基準(zhǔn)源的版圖進行優(yōu)化設(shè)計。所設(shè)計的版圖通過DRC、LVS驗證。

　　本文基于上華CSMC0.5um CMOS工藝模型庫，采用Cadence Hspice軟件對設(shè)計的電路進行仿真。最終仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的LDO具有較高的精度，其線性穩(wěn)壓度為0.03%，負(fù)載穩(wěn)壓度為0.001%，當(dāng)溫度在-40℃~125℃之間變化時輸出電壓溫漂為90.90ppm/℃。