LDO線性穩(wěn)壓器是移動(dòng)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(qiáng)等特點(diǎn),成為便攜式消費(fèi)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(jì)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(tái),重點(diǎn)對(duì)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(jìn)行了深入探討和設(shè)計(jì)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(jì)指標(biāo),結(jié)合系統(tǒng)架構(gòu)研究LDO關(guān)鍵模塊對(duì)其性能參數(shù)的影響,為后續(xù)關(guān)鍵模塊的電路設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 其次,結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo),對(duì)LDO關(guān)鍵模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及仿真。整體電路設(shè)計(jì)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(hù)和限流保護(hù)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(duì)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(jí)、帶隙基準(zhǔn)源的版圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的版圖通過DRC、LVS驗(yàn)證。 本文基于上華CSMC 0.5μm CMOS工藝模型庫,采用Cadence Hspice軟件對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。最終仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)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(shí)輸出電壓溫漂為90.90ppm/℃。