基于65nm CMOS的快速響應(yīng)LDO設(shè)計.pdf

1、趔I／IIllffillI／IJl／lllJJJllllflr／111|J=ullmEFNIUlllINIY3296565⑧西妥鄂霄大多碩士研究生學(xué)位論文基于65nmCMOS的快速響應(yīng)LDO設(shè)計作者：位康康指導(dǎo)教師：佟星元副教授學(xué)科(專業(yè))：集成電路系統(tǒng)設(shè)計提交論文日期：二。一七年六月摘要摘要集成電路設(shè)計水平的進(jìn)步推動了無線通信、移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，需要片上系統(tǒng)集成越來越多的模塊和功能，這也使系統(tǒng)芯片內(nèi)部的電源管理技術(shù)變

2、得尤為重要。低壓差線性穩(wěn)壓器(Low—DropoutRegulator，LDO)是電源管理電路中常用的一種直流穩(wěn)壓器，具有輸出穩(wěn)定、易集成和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LDO需要在輸出端外接分立電容來保證LDO的穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性，不利于系統(tǒng)芯片集成度的提高。無片外電容LDO(Capacitor—lessLDO，CL—LDO)避免了外接分立器件，但其穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)的優(yōu)化成為了設(shè)計難點(diǎn)。本文面向“5G高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口”芯片，擬設(shè)計一種無片外電容

3、的快速響應(yīng)LDO，以滿足芯片內(nèi)部電源管理模塊的要求。本文CL—LDO主要由電壓基準(zhǔn)電路、誤差放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)以及瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化電路四個模塊組成，重點(diǎn)針對CL。LDO的穩(wěn)定性差、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，具體方案包括：1為了提高CL—LDO的瞬態(tài)響應(yīng)，本文提出了一種新型的CL—LDO瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化電路。通過引入輔助的快速檢測和調(diào)整回路，根據(jù)檢測到創(chuàng)JLDO輸出上沖或下沖電壓，自適應(yīng)地動態(tài)調(diào)整輸出驅(qū)動電流的大小，進(jìn)而提高對負(fù)載的響應(yīng)速度，并且能

4、夠減小LDO的輸出過沖和下沖電壓。2在誤差放大器的設(shè)計上，本文采用兩級運(yùn)放結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)電壓和反饋電壓的比較和放大。相比其它類型的結(jié)構(gòu)，兩級運(yùn)放在滿足電壓增益要求的前提下更容易提供合適的輸出擺幅。在環(huán)路穩(wěn)定性方面，本文采用帶調(diào)零電阻的密勒補(bǔ)償來保證整個環(huán)路的相位裕度，片內(nèi)補(bǔ)償電容為5pF。3本文采用電流求和的溫度補(bǔ)償方式設(shè)計了08v電壓基準(zhǔn)電路，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)為LDO提供穩(wěn)定的參考電壓。在版圖布局方面，運(yùn)放輸入對管采取對稱布局、

5、偽管保護(hù)的方式進(jìn)行設(shè)計，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)采取分段組合、對稱布局以及偽電阻保護(hù)等方法進(jìn)行設(shè)計，以滿足匹配性要求。整個電路基于65nmcMOs工藝設(shè)計實(shí)現(xiàn)，采用Cadence工具進(jìn)行電路設(shè)計、版圖設(shè)計和仿真。本文設(shè)計的CL—LDO有源面積為160／amX130gm，輸入電壓為15～25V，輸出電壓為12V，最大輸出驅(qū)動電流為10mA，最低壓差電壓為300mV。在輸入電壓為25V的空載條件下，靜態(tài)電流為87uA。通過采取本文提出的瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)化電路