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LDO线性稳压器是移动便携式电子设备中应用极为广泛的一类电源管理芯片。由于LDO具有结构简单、功耗较低、成本较少、噪声较小、电源抑制能力较强等特点,成为便携式消费电子产品中极具竞争力的电源解决方案之一。本文设计了一款带备用电源供电的LDO线性稳压器,以此为研究平台,重点对线性稳压器中关键模块的电路结构和物理版图进行了深入探讨和设计优化。 首先,研究和分析了线性稳压器的基本工作原理和系统架构,介绍了LDO的重要组成部件及系统的稳定性。此外,探讨了线性稳压器的主要设计指标,结合系统架构研究LDO关键模块对其性能参数的影响,为后续关键模块的电路设计提供了理论依据。 其次,结合设计目标,对LDO关键模块进行电路设计及仿真。整体电路设计包括工作在线性稳压模式下的带隙基准电路、误差放大器、导通管和反馈环路等LDO电路模块,还有备用电源供电模式下的低阻值PMOS开关管、电源切换模块等逻辑控制电路,以及保证芯片正常工作的过热保护和限流保护电路。 最后,考虑器件匹配、噪声隔离以及减小耦合等诸多因素,对LDO的版图布局,以及关键模块中导通管与开关管、误差放大器及缓冲级、带隙基准源的版图进行优化设计。所设计的版图通过DRC、LVS验证。 本文基于上华CSMC 0.5μm CMOS工艺模型库,采用Cadence Hspice软件对设计的电路进行仿真。最终仿真结果表明,所设计的LDO具有较高的精度,其线性稳压度为0.03%,负载稳压度为0.001%,当温度在-40℃～125℃之间变化时输出电压温漂为90.90ppm/℃。
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