LDO设计讨论PPT课件
LDO基础知识
LDO基础知识LDO基础知识,有关噪声的那些事使用低压差稳压器(LDO)过滤因开关模式电源导致的纹波电压，并不是获得净化直流电源唯一要考虑的事情。
因为LDO是电子设备，它们自身也会生成一定数量的噪声。
选择使用低噪声LDO和采取步骤减少内部噪声，都可以在不损害系统性能的同时形成净化电源轨的不可分割的措施。
识别噪声理想的LDO具备没有交流元件的电压轨。
但缺点在于LDO会和其他电子设备一样生成本体噪声。
图1 显示了这种噪声在时间域中的表现。
图1：有噪声电源的输出噪声快照在时间域中进行分析是困难的。
因此，有两个主要方法来检验噪声：跨越整个频谱，和作为综合值。
您可以使用频谱分析工具来识别LDO输出线路中的各种交流元件。
（应用报告，“如何测量LDO噪声,”介绍了丰富的噪声测量知识。
) 图 2 绘制了1A低噪声LDO TPS7A91的输出噪声。
图2：TPS7A91噪声频谱密度vs. 频率和VOUT如您从各种曲线看到的那样，输出噪声（以每平方根赫兹[μV/ H z]来表示）集中在频谱低端。
该噪声大部分出自内部参考电压，以及误差放大器FET和电阻分压器。
分析跨越整个频谱的输出噪声，能帮助我们确定感兴趣噪声范围的噪声曲线。
例如，音响应用设计师很关注人耳可闻频率（20Hz到20kHz），而电源噪声可能使声音品质下降。
在进行苹果设备之间的比较时，数据表通常提供的是单一、综合噪声值。
输出噪声一般是综合10Hz到100kHz的噪声，用微伏均方根(μVRMS)表示。
（各厂商还将综合来自100Hz到100kHz的噪声，或者综合来自自定义频率范围的噪声。
基于所选频率范围进行综合，有助屏蔽不讨人喜欢的噪音属性，因此，检查除综合值外的噪声曲线很重要。
）图 2 显示了对应各曲线的综合噪声值。
德州仪器供应的LDO 系列综合噪声值低至3.8μVRMS。
降噪除选择低噪声质量的LDO外，您还可以采用几种技术来确保您的LDO具有最低噪声特性。
这些技术包括使用降噪和前馈电容器。
LDO极点零点研究
U2
U1
0, N 0, M 1 RC N M 0
900
1 RC
1
RC
, N
2 RC ,
1
RC
, 45 ,
0
M
,
N
M
1
2
450
N 1, 0 M
例： 求一阶低通滤波器的频率特性
+
+
R C
U1
_
U2 _
1 U2 H (s) Cs 1 U1 R Cs
M1
1 p1 R1C1
M2
1 p2 R2C2
N1
1 1 R1C1 R2C2
高通
M2
p1 1 R1C1
M1
低通
1 p2 R2C2
k N1 H ( j ) e j (1 1 2 ) R1C1 M 1M 2
e(t ) Em sin 0t
幅度该变
r(t ) Em H0 sin(0t 0 )
相位偏移
H ( j0 ) H0e
j0
若 0 换成 变量
H ( j) H ( j) e
系统频率 特性
j ( j )
幅频特性
相位特性
用几何法求系统频率特性
H ( j ) k ( j z j )
j
H (s)
k (s z j )
m
p1
p0
p2
z1
z0
(s pi )
i 1
j 1 n
z2
§5.1 由系统函数的极零点分布决定
LDODCDC基础知识 PPT课件
来，半圈儿水在闪着白光。那里是我们 村的水磨坊。
“那儿找过了吗？” “没找过，说不定‘幸福鸟’就落 在那儿呢。”大家说。 我们向那房子跑去，继续寻找我们 的“幸福鸟”……
童年的时候，我们这些孩子，
10 风筝 最大的快乐就是做风筝，放风筝。
10 风筝
快乐写话：
下课了，我们冲出教室，在操场上玩（ ） 的游戏，———————————————— ———————————————————— ————————————————————。
布置作业： 1、抄写文中喜欢的句子。 2、继续了解风筝的资料。
10 风筝
1 、 默 读 5—8 自 然 段 ， 画 出 表 现 “我们”心情的句子或词语。
2、想一想你从这些句子或词语中 体会到了什么？
我们都哭了，在田野里四处寻 找，找了半个下午，还是没有踪影。
10 风筝 我们垂头丧气地坐在田埂上，一抬
头，看见远远的水面上半沉半浮着 一个巨大的木轮，不停地转着，将 水扬起来，半圈儿水在闪着白光。 那里是我们村的水磨坊。
欣喜若狂
兴ห้องสมุดไป่ตู้采烈
从早晨玩到下午，我们还是歇 不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
10 风筝 风筝越飞越高，似乎飞到了云彩上。
我们快活地喊叫着，在田野里 拼命地奔跑。
10 风筝 从早晨玩到下午，我们还是歇
不下来，牵着风筝在田野里奔跑。
忽然吹来一阵风，线嘣地断了。 风筝在空中抖动了一下，便极快地
10 风筝 飞走了。我们大惊失色，千呼万唤，
我们都哭了，在田野里四处寻 找，找了半个下午，还是没有踪影。
10 风筝 我们垂头丧气地坐在田埂上，一抬
头，看见远远的水面上半沉半浮着 一个巨大的木轮，不停地转着，将 水扬起来，半圈儿水在闪着白光。 那里是我们村的水磨坊。
LDO工作原理详解ppt课件
Charge pump（电荷泵）
原理
VIN
Cin
CONTROL / CLOCK
S1
S3
C+
Cfly
SHDN
S2
S4
CVOUT
Cout
GND
倍压电荷泵示意图 (Vout Fra bibliotek 2 x Vin)
倍压电荷泵
工作过程1: 对电容CFLY充电
I VIN + CIN VIN
S2 S1
工作过程2: 倍压输出
集成LDO结构图
齐纳二极管或 带隙基准源
传统线性稳压 器调整管
达林顿管 PNP管 PMOS NMOS
过流保护
热保护
一些复杂的LDO还会 加过压保护、欠压保 护、反接保护等
实际电路比原理框图多 了启动电路和保护电路
基准电压源
对输出电压影响最大 稳定性好，低温漂，高精度，内阻小 带隙基准电压源
电路开始启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电 压快速建立 输出随着输入不断上升，输出达到规定值 误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进 行放大，再经调整管放大到输出，从而形成负反馈，保证了 输出电压稳定 输入电压变化或输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压 保持不变 VOUT=（R1+R2）/R2 * Vref
I CIN
+ CFLY
S2
S1
+ CFLY
S4
S3
S4
S3
VOUT COUT
VOUT + COUT -
过程1等效电路:
VIN
过程2等效电路:
+ VOUT CFLY + -
《LDODCDC基础知识》PPT课件
精选PPT
9
LDO的参数
• 9、转换效率
忽略静态电流（Iq），LDO的效率可用下式计算得出：
精选PPT
10
LDO的参数
• 10、功耗
LDO的功耗可以用下式计算： Pldo=（Vin-Vout）*Iout+Vin*Iq
输入输出电压差是低压差线性稳压器最重要的参数。该电压差就 是在负载电流一定的条件下，输入电压和输出电压的差值，在保证输 出电压稳定的条件下，该电压压差越低，线性稳压器的性能就越好。 比如，RICHTEK的RT9193的Dropout电压为：220mV @ 300mA
4．接地电流(Ground Pin Current)
PD(MAX) = (125°C−25°C) / (333 °C/W)= 300mW (SC-70-5)
PD(MAX) = (125°C−25°C) / (250 °C/W )= 400mW (SOT-23-5)
精选PPT
11
LDO的参数
• 11、输入输出电容
LDO需要增加外部输入和输出电容器，除滤波作用外，输出电容 器的等效串联电阻(ESR)会影响LDO的稳定性。具有较低ESR(10 mΩ 量级)的陶瓷电容通常是输入输出电容的首选，因为它们价格低而且 故障模式是断路，相比之下钽电容比较昂贵且其故障模式是短路。一 般建议使用X5R或X7R的1uF电容。
接地电流是指串联调整管输出电流为零时，输入电源提供的稳压 器工作电流。该电流也称为静态电流(Quiescent Current)，常用Ignd 或Iq表示，该值一般为uA级别。通常较理想的低压差稳压器的接地电 流很小。
LDO与PWM设计资料整理
LDO与PWM设计资料整理1.定义：LDO：LOW DROPOUT VOLTAGE，低压差线性稳压器，仅能在降压中应用。
输出电压必需小于输入电压。
PWM：脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
2.LDO与DC/DC优缺点LDO:优点：稳定性好，负载响应快。
输出纹波小。
缺点：效率低，输入输出的电压差不能太大。
负载不能太大，目前最大的LDO为5A（但要保证5A的输出还有很多的限制条件）。
PWM开关电源:优点：输入电压范围较宽, 高效率，高输出电流，低静态电流。
缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大,成本相对较高。
3.工作原理LDO:右图为串联线性电源的主要组成部分,其电压调整单元采用有源器件并串联在输入电源和负载之间,负反馈环路决定调整单元的导通程度,以维持输出电压稳定。
负反馈环路的核心是一个高增益的运算放大器,称作电压误差放大器,用它来对输出电压和稳定的基准电压之间作比较,当有误差存在时,电压误差放大器的增益将误差电压放大很多倍,放大后的误差电压直接控制串联调整单元的导通电阻,从而维持额定的输出电压。
电压误差放大器对输出变化的响应速度和输出电压的控制精度取决于误差放大器的反馈环补偿设计。
负反馈补偿的大小由分压电阻和接到电压误差放大器负输入端与输出端之间的电阻大小决定。
DC/DC开关电源：开关电源采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比来调整输出电压。
如右图所示,其中DC/DC变换器进行功率变换,是开关电源的核心部分,反馈回路检测其输出电压,并与基准电压比较,其误差电压通过误差放大器放大及控制脉宽调制电路,再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间比,从而调整输出电压的大小。
LDO学习与总结
LDO总结与学习<1>先从TVS管开始吧！那就先从他的命名开始。
然而对于我们的这个TVS来说所选用的型号是SMCJ30CA,按照上面的命名方法所讲解的意思就是那当中耐压30V，而对于当中的命名法则着看如下讲解。
然而在这个地方我想穿插一些自己方面的一个理解，昨天听培训说这里面TVS有一个功能就是关于当中的是为了过一个5b脉冲的作用（GWM3097标准之中）其实讲实话，我到现在为止都还不知道为啥是5b而不是3b或者是3a，我估计是不是在这里这个缘故才导致选择这个型号的TVS管。
当然了在这里的作用也可以是吸收静电及尖峰电涌。
而对当中的TVS的一份资料Appendix；一、选用指南1、首先确定被保护电路的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压，若选用的VWM太低，器件有可能进入雪崩状态或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。
3、TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
4、TVS的最大峰值脉冲功率PW必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。
5、在确定了TVS的最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
6、对于数据接口电路的保护，必须注意选取尽可能小的电容值C的TVS器件。
7、带A的TVS二极管比不带A的TVS二极管的离散性要好，在TVS二极管A前面加C的型号表示双向TVS二极管。
8、直流保护一般选用单向TVS二极管，交流保护一般选用双向TVS二极管，多路保护选用TVS阵列器件，大功率保护选用TVS专用保护模块。
特殊情况，如：RS-485和RS-232保护可选用双向TVS二极管或TVS阵列。
9、TVS二极管可以在-55℃到+150℃之间工作，如果需要TVS在一个变化的温度下工作，由于其反向漏电流ID是随温度的增加而增大；功耗随TVS结温度增加而下降，故在选用TVS时应考虑温度变化对其特性的影响。
ldo课程设计
ldo课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握XX学科的基本概念、原理和方法，能够运用所学知识解决实际问题。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够准确地掌握XX学科的基本概念、原理和公式，了解该学科的发展历程和现状。
2.技能目标：学生能够熟练地运用所学知识解决实际问题，具备一定的实验操作能力和数据分析能力。
3.情感态度价值观目标：学生能够认识到来XX学科的重要性，培养对XX学科的兴趣和热情，形成积极的学习态度和探究精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括XX学科的基本概念、原理和方法，以及相关实例和案例。
具体安排如下：1.第一章：XX学科的基本概念和原理，介绍XX学科的定义、特点和基本原理，引导学生初步了解XX学科。
2.第二章：XX学科的方法和技巧，介绍XX学科的研究方法和解决实际问题的技巧，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
3.第三章：XX学科的应用实例，分析具体的实例和案例，让学生了解XX学科在实际中的应用和价值。
三、教学方法为了实现教学目标，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：教师通过讲解和解释，系统地传授知识，帮助学生掌握基本概念和原理。
2.讨论法：学生通过小组讨论和交流，深入理解问题，培养分析和解决问题的能力。
3.案例分析法：教师提供具体的案例，学生运用所学知识进行分析和解题，提高学生解决实际问题的能力。
4.实验法：学生通过实验操作，观察和分析实验结果，培养实验操作能力和科学思维。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本课程将准备以下教学资源：1.教材：选择一本权威的XX学科教材，作为学生学习的主要参考资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作多媒体课件和教学视频，生动形象地展示教学内容，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备实验所需的设备和材料，为学生提供实验操作的机会。
arduino入门很简单下PPT课件
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14.3.3 时钟/日历
O 时间和日期信息可以通过读取指定寄存器 获得。
地址 0 1
读命令 写命令 BIT 7 81h 80h CH 83h 82h
BIT 6 BIT 5 秒数的十位 分钟数的十位
BIT 4
BIT 3 BIT 2 秒的个位 分钟数的个位
BIT 1
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
3.常见的RTC芯片
O 现在流行的RTC芯片有DS1302、DS1307、 PCF8485、DS3231、DS3232、DS3234、 DS32B35等。这些芯片由于接口简单、价 格低廉、使用方便的特点而被广泛采用。 在本章中将以DS1302为主体进行介绍。
0
-
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
14.3.5 RAM寄存器
O 静态RAM是RAM地址空间中的31bytes的连 续地址空间。
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14.3.6 涓流充电寄存器
O 涓流充电寄存器控制的是DS1302的涓流充 电特性。
地址 9
读命令 写命令 BIT 7
13.4 简易公交收缴费系统
O 13.4.1 缴费系统 O 13.4.2 收费系统
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13.4.1 缴费系统
O 缴费系统的实现思路如下： O 使用Key B进行验证； O 根据串口监视器的提示输入充值金额； O 确认充值金额； O 充值成功，显示余额。
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
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1.RTC的优点
O 功耗小，这对于使用备用电源的系统来说 非常重要；
LDO设计基础知识
电源转化方面的知识LDOLDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。
传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。
但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。
针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。
目录•LDO的概念•LDO的工作原理•LDO的工作条件•LDO的四大要素•LDO的概念LDO是一种线性稳压器。
线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。
所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。
正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。
这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV 左右；与之相比，使用NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V 左右。
负输出LDO 使用NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出LDO 的PNP设备类似。
更新的发展使用MOS功率晶体管，它能够提供最低的压降电压。
使用功率MOS，通过稳压器的唯一电压压降是电源设备负载电流的电阻造成的。
如果负载较小，这种方式产生的压降只有几十毫伏。
DC-DC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器，包括LDO。
但是一般的说法是把直流变（到）直流由开关方式实现的器件叫DCDC。
LDO是低压降的意思，这有一段说明：低压降（LDO）线性稳压器的成本低，噪音低，静态电流小，这些是它的突出优点。
它需要的外接元件也很少，通常只需要一两个旁路电容。
新的LDO线性稳压器可达到以下指标：输出噪声30μV，PSRR为60dB，静态电流6μA（TI 的TPS78001达到Iq=0.5uA），电压降只有100mV(TI量产了号称0.1mV的LDO)。
LDO培训讲义ppt课件
规范管理 公正科学 持续改进 4
规范管理 公正科学 持续改进
LDO的内部框图
LDO：(low dropout regulator)低压差线性稳压器，其基本电路可由 串联调整管PMOS、取样电阻Rf和Rs、比较放大器A组成。取样电 压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相 比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而 稳定输出电压。
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规范管理 公正科学 持续改进
关于Dropout测试参数的几点说明
• //TPS7333Q 3.3V void PASCAL Dropout_Voltage(double* ResultValue,int ResultNum,int*
UsedChannel) {
double TEMP; SET_VI5A(1,FVMI,3.4,V,200,MA,0,0,0); //VIN SET_VIS(1,FVMI,0,V,20,MA); //EN Delay(2); SET_VI5A(2,FIMV,-100,MA,5,V,0,0,0); //VOUT Delay(10); mid1=VI5A_MEASURE(2,5); TEMP=mid1*0.98; for (VIN=3.4;VIN>3;VIN=VIN-0.005) { SET_VI5A(1,FVMI,VIN,V,200,MA,0,0,0); //VIN Delay(10); mid4=VI5A_MEASURE(2,5); if (mid4<TEMP) break; } *ResultValue=VIN-TEMP; SET_VI5A(2,FIMV,0,MA,5,V,0,0,0); //VOUT Delay(2); SET_VI5A(1,FVMI,0,V,200,MA,0,0,0); SET_VI5A(2,FVMI,0,V,200,MA,0,0,0); Delay(2); }
本科论文（设计）ldo稳压器的电路及版图设计
LDO稳压器的电路及版图设计摘要随着信息科学的飞速发展，电源IC技术已经变得越来越重要。
在众多的电源技术中，由于低压差线性稳压器(LDO)的体积小、电源抑制比高、功耗小、噪声低及其应用端的电路简单等优点在众多电源IC中，人们的关注度非常普遍。
另外，由于LDO还具备比较好的负载瞬态响应与线性瞬态响应，这些优点使它在各个领域占有非常重要的地位，比如在MP3播放器、无线电话、PDA等电子设备中被广泛应用。
因此，当前电源IC技术领域的研究热点为线性稳压器的设计，具有重要的理论意义和实际应用价值。
文中详细的对LDO线性稳压器的整体电路结构及其工作原理作了简单介绍，并给出了各个主要子模块电路的设计。
另外，保证芯片在正常工作时能够安全，还对限流保护电路和过温保护电路进行了设计。
LDO线性稳压器在设计时的一个很大的难点就是整个系统的稳定性问题，本设计也不例外。
本文的仿真结果均采用Cadence-Spectre仿真工具来完成的，并且本文的版图也是利用Cadence完成的。
在实现匹配过程中，集成电路版图设计是一个非常重要的环节。
一个优秀的版图就可以大大提升一个设计。
关键词：线性稳压器，瞬态响应，稳定性，版图设计大连东软信息学院毕业设计（论文） Abstract LDO Regulator Circuit and Layout DesignAbstractWith the rapid development of information science, power IC technology has become increasingly important. Among the many power technology, due to low dropout linear regulator (LDO) small size, power supply rejection ratio, low power consumption, low noise and its applications side simple circuit in the power supply IC in many people’s attention very common. In addition, due to the LDO also has better load transient response with a linear transient response, these advantages in that it occupies a very important position in various fields, such as MP3 players, wireless phones, PDA and other electronic devices are widely used. Therefore, the current research focus power IC technologies for the linear regulator design has important theoretical and practical value.In detail on the overall LDO linear regulator circuit structure and its working principle is briefly introduced, and the design of each major sub-modules of the circuit. In addition, to ensure that the chip can be safe in normal operation, but also to limit protection circuit and over-temperature protection circuit design. In the design of a great difficulty LDO linear regulator is the stability of the whole system, this design is no exception.The simulation results in this paper are used Cadence-Spectre simulation tools to complete, and the layout of this paper also uses Cadence completed. In the realization of the matching process, IC layout design is a very important part. A good layout can greatly enhance a design.Key words: Linear regulators, Transient response, Stability, Layout目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1背景及意义 (1)1.2LDO的国内外现状 (1)1.3LDO的发展趋势 (2)第2章LDO基本原理及性能参数 (4)2.1LDO的基本原理 (4)2.1.1 LDO的基本结构 (4)2.1.2 LDO的工作原理 (5)2.2LDO的性能参数 (5)第3章LDO的电路构架 (10)3.1构架概述 (10)3.1.1 标准分类 (10)3.1.2 芯片的整体电路 (11)3.2各个子模块的设计 (11)3.2.1 使能控制模块 (11)3.2.2 基准电压模块 (12)3.2.3 过温保护模块 (13)3.2.4 误差放大器模块 (14)3.2.5 限流保护模块 (15)3.2.6 静电释放模块 (16)3.3电路仿真 (16)第4章LDO的版图 (18)4.1集成电路版图设计(LA YOUT)概述 (18)4.2版图设计基本规则 (18)4.2.1 匹配性设计 (18)4.2.1.1 匹配电阻设计 (19)4.2.1.2 匹配电容设计 (19)4.2.1.3 匹配MOS管设计 (19)4.2.2 耦合效应 (20)4.2.3 寄生效应和闩锁效应 (20)4.3模拟电路的版图技术 (21)4.3.1 器件的匹配 (21)4.3.2 天线效应（Antenna effect） (22)4.4版图验证 (25)4.4.1 设计规则检查DRC (25)4.4.2 版图与原理图一致性检查LVS (25)第5章总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)第1章绪论近十几年来，具有低压差、低功耗的LDO（Low Dropout）稳压器被掌上电脑、笔记本电脑、移动电话等便携式设备及医疗、测试仪器的迅猛发展所拉动而快速发展。
微型化与低功耗设计技术(1)幻灯片
单片机的多功能开展，集成了越来越多的外围电路 的功能。A/D、D/A(PWM)、LCD驱动、RAM、 ROM(EPROM、FLASH)等。
通讯一般采用线数最少的串行方式，低速用RS-232， 高速用USB，近距离无线通讯采用红外通讯(IrDA) 和宽带无线技术。
一般不配打印机，显示器大多采用低功耗的段式或 点阵图形液晶显示器。
第三节 微型化与低功耗设计
1. CMOS集成电 路与低功耗设计
CMOS数字集 成电路的静态 功耗几乎为0。
如接法适宜， 可降低到uA级
CMOS数字集成电路的动态功耗
发生在逻辑状态转换的 瞬间，由两个分量构成。
跳变时两个场效应管同 时导通所引起的尖峰电 流。与转换时间有关。
逻辑门节点电容的充电 电流。等于面积与重复 频率的乘积。
现场可编程逻辑器件(FPLD)。 PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻
辑)。 FPGA(现场可编程门阵列)和CPLD(复杂
可编程逻辑器件) 。
新兴技术的影响
硅微加工技术
在硅材料上进展微米级水平的三维加工 技术，包含模拟、数字电路和执行装置 的微机电系统(MEMS)。
可用于人体姿态监测的加速度传感器， 在3mmX3mm的芯片上加工出机械构造， 同时还有放大、信号处理和自校正电路。
电子元器件封装工艺的不断革新
外表安装技术(SMT)取代穿孔式安装(THT)。 外表安装元件(SMC)。 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ表安装器件(SMD)。
大量以低功耗为目标的电子元器件问 世
以MSP430为代表的微处理器可工作在 uA级电流。
以3V供电的反射式图形液晶显示器(LCD) 模块耗电不到1mA。
ASIC技术的开展
LDO芯片设计报告及电路分析报告
目录目录第一部分应用 (1)LDO的分析与设计 (1)LDO芯片的特点 (1)LDO芯片的详细性能参数 (1)第二部分电路设计报告 (5)整体电路上电启动模块 (5)电流偏置模块 (7)带有修调功能的基准模块 (11)带隙基准源的修调电路设计 (21)预调整放大器模块 (23)低通滤波器模块 (27)保护电路模块 (31)电压跟随器模块 (39)第三部分总体电路的仿真 (43)直流参数 (44)线性调整率 (45)负载调整率 (46)静态电流 (46)瞬态仿真 (47)噪声仿真 (48)交流特性仿真 (49)PSRR特性仿真 (52)第四部分LDO芯片版图设计 (56)电子科技大学VLSI设计中心第一部分应用LDO的分析与设计本论文完成了一种应用于集成于射频芯片的LDO的分析与设计。
本文主要从稳定性、负载瞬态响应、电源抑制比和噪声四个方面进行了分析。
然后，采用SMIC 0.18μm CMOS工艺完成了包括功率调整管、电阻反馈网络和误差放大器三个部分的电路设计，并用Cadence Spectre对设计的整体电路进行了仿真和优化，最终实现电路的设计要求，而且可以在片内集成。
可在0.1mA～300mA的负载电流范围内稳定工作，电路正常工作时温度范围：-55℃~+125℃，该电路工作电压范围为2.1～3.6V，输出电压1.8V，输出电压在全范围的波动：≤4mV，输出电压准精度：≤10mV，最小压差在300mV以下，静态电流≤60uA；在10Hz～100KHz 范围内的内部输出噪声积分约为，≤20μVRMS@20mA、≤50μVRMS@80mA、≤100μVRMS @300mA；电源抑制比（PSRR，在10KHZ以下）：≥60dB@20mA、≥60dB@80mA、≥60dB@300mA；线性调整率：≤0.1%；负载调整率：≤1%；启动时间：≤100us；电压瞬态响应：≤30us；负载瞬态响应：≤50us；输出启动电压过冲：≤100mV；集成输入欠压过压保护、输出断路保护。
ldo的设计..
第1章绪论1.1低压差稳压电源在现实生活中的应用低压差稳压器(LDO)能够在很宽的负载电流和输入电压范围内保持规定的输出电压，而且输入和输出电压之差可以很小。
这个电压差被称为压降或裕量要求，在负载电流为2A时可以低至80mV。
现在，便携设备需要使用的低压差线性稳压器经常多达20个。
最新便携设备中的许多LDO被集成进了多功能电源管理芯片2(PMIC)——这是高度集成的系统，拥有20个或以上的电源域，分别用于音频、电池充电、设备管理、照明、通信和其它功能。
然而，随着便携系统的快速发展，集成式PMIC已经无法满足外设电源要求。
在系统开发的后期阶段必须增加专用LDO来给各种选件供电，如相机模块、蓝牙、WiFi和其它连接模块。
LDO还能用来辅助降低噪声，解决由电磁干扰(EMI)和印刷电路板(PCB)布线造成的稳压问题，并通过关闭不需要的功能来提高系统效率。
1.2低压差稳压电源的发展现状LDO发展概况中国集成电（IC)产业经过40余年的发展，已经形成了一个良好的产业基础，并已经进入了一个加速发展的新阶段。
借鉴国外先进技术，充分利用国内优惠政策，是当前国内各个IC公司发展的立足点。
作为被广泛应用于手机、DVD、数码相机以及Mp3等多种消费类电子产品中的稳压芯片，LDO已引起人们的高度重视。
国内早期从事LDO生产的圣邦微电子有限公司生产的SG2001、SG2002及SG2003系列LDO，足以满足当前市场上主流电压、电流的需要；它的SG2004、SG2011以及SG2012系列产品，非常适合于大电流负载应用；而它的SGM2007/2006/2005系列RF LDO更适用于手机电源的应用。
尽管是国产芯片，但这些芯片的性能丝毫不逊色于国外同类产品，而价格更适合于当前国内市场。
由此看来，国内与国外IC发展的将不会越来越大，每个国人都可以相信，中国不仅可以成为IC产业的新兴地区，更能成为世界IC强国。
1.3低压差稳压电源的发展趋势目前，低压差线性稳压器正进入一个蓬勃发展的新时期。
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RL Vo
Vo
R2
➢由调整管，电阻反馈网络和控制电路构成的负反馈环路使得当Vi>Vo时， 根据负载电流的大小改变调整管的导通能力，使Vo在一定负载范围内保持 稳定输出
➢可供选择的调整管器件包括PMOS，NMOS，NPN，PNP和Darlington 管,PMOS是各方面性能（静态功耗，导电能力，速度，dropout电压和工艺 等）折中考虑后最好的选择，也是最常见的调整管器件
V o 1 1 R1R2 V i RLrdspGmA p1 R2
P3:p3
1 RobCpar
Z1
:z1
1 ResrCL
7
设计考虑
➢LDO的环路稳定性是关键，负载电流变化大（0~几十或者几百mA)为频 率补偿带来难度（输出端的极点位置变化很大，rds与输出电流成反比） ➢低dropout电压大负载电流要求芯片的面积增大，使得寄生极点的频率 比较低，增加补偿难度 ➢低功耗可以增加环路增益，但同时会使LDO瞬态特性变差，在电源电压 不变的情况下，低功耗同时也意味着芯片面积增大 ➢增加环路增益和调整管尺寸可改善负载调整率和线性调整率
Load regulation: VO/IO Line regulation: VO/VI
Efficiency:
E VOIO 10% 0 VI(IO Iq)
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4
LDO架构
Vi
Vi
Pass Element
Negative Feedback Loop
R1
Control Circuit
Fb
Vout<Vin
Fast Low Low Low (C)
DC-DC
Vout<Vin Buck Vout>Vin Boost
Slow High High (Clock) High (L+C)
2
LDO设计参数
➢稳态参数：静态功耗，Dropout电压，精度（负 载调整率，线性调整率），温度特性，效率 ➢动态参数：线性瞬态响应，负载瞬态响应，启动 时间
位增益带宽之内，使相位裕度变差
➢这种方法的缺点在于电容的ESR受到温度，电压，频率和材料等因素影响，不够稳定，
ESR的取值范围根据不同的应用有一定限制，且ESR的引入会对LDO的瞬态特性带来不利
影响
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9
LDO频率补偿
LDO的buffer Px和Zx产生原理
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增益提高的频率响应
➢Protection circuits: Thermal, Overcurrent, Reverse battery protection
➢CL: uF; Resr: 0~several ohms
➢Feedback loop: EA+buffer+PMOS+R1|R2
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6
LDO架构
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5
LDO架构
Ii
Io
PMOS Gmp
V2
StarProtection
RL
Vi
circuits
EA
Gain: A1
Vref
Fb
Bandgap reference
R2
Resr Vo
CL
➢Pass element: PMOS, gmp ➢EA: Error amplifier with gain of A1 ➢Buffer: optional, gain≈1
Ceq (n)1Ic(S 1n V k1x)(1kx)Cc
12
LDO频率补偿
3. 零点--极点跟踪补偿
➢Dc gain:>72dB, PM:86° ➢UGB: around 1khz ➢Iout:0~100mA
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原理：利用Miller电容倍乘原 理，将误差放大器的输出补 偿为主极点
Pdom : pdr1(kxg1m2 r2Cc)
GBW gm1
2kxCc
k x : 电流镜比例因子
g m2 : 第二级跨导
g m1 : 第一级跨导
r 2 : 第二级输出阻抗
11
LDO频率补偿
电容倍乘原理
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2020/4/12
Loop gain:
LoA1GmR p O
R2 (feedbfaaccktor)
R1R2
R Ords|p |(R1 R)|2 |R L
Resr Vo Load regulation:
CL
Vo 1 R1R2Ro_pass
Io GmA p1 R2 1Aol
Line regulation:
zx
g m3
2C ff
1
px 2rd C s3 ff
➢加入buffer增加对调整管的驱动能力
➢第一级运放用cascode提高增益
➢Cff产生一对零极点，保证UGB不变
10
LDO频率补偿
2. 密勒电容补偿
➢CL:1.5nF~20uF, ESR:0~3Ω ➢Iout:0~200mA, Iq:30uA ➢Dc gain:~60dB, UGB: tens of khz
LDO设计讨论
邢向龙
上海复旦微电子股份有限公司
2008年04月03日
1
LDO与DC-DC
VIN LDO
VOUT CL RL
VIN
DC-DC Controller
L VOUT
CL RL
Vin vs. Vout
Response time Efficiency Noise Cost
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LDO
2020/4/12
8
LDO频率补偿
1. 使用ESR补偿
原理：使用ESR电阻与Co构成的零点抵消一个次极点影响
Pdom:pd
1 RoCo
2
1 RESRCb
3
1 R oa Cpar
Zes:resrRe1sC r o
(Co Cb)
➢频率响应最差情况发生在最大负载时，此时主极点处于较高频率，高频极点有可能落在单
➢频率参数：稳定性，PSRR，噪声 ➢其他：面积
Trade-off!
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3
LDO设计参数
Vdropout
Ii IN
Io OUT
Resr
Vi
LDO
CL
GND
RL Vo
LDO Application CL: uF (external)
Dropout:
VDOIORON 低dropout电压意味着更大的面积！
Ii PMOS Gmp
Ro
Io
V2
Cpar, Rob
Start-up
Buffer
V1
C1, Ro1
Protection
Vi
circuits
EA
Gain: A1
Vref
Bandgap reference
R1 RL
Fb R2
Frequency response:
P1:p1
1 C1Ro1
P2:p
1 2(rdspRes)rCL