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摘 要

集成电路在新时代的科技信息条件下飞速发展，高效地进行电源管理成为了一个重要的问题。为了提高整个电路系统的性能，本文设计介绍了一款LDO线性稳压器，该稳压器基于TSMC 0.18um CMOS工艺，电路由一个高增益的两级运放以及输出功率管组成。采用Cadence软件对电路进行了设计仿真，仿真结果显示，在1.8V电源电压下 ，输出电压恒定为1.2V，最大负载电流为20mA，环路增益为73dB，相位裕度为85℃，满足设计要求。

关键词：LDO、误差放大器电路、稳定电压

Abstract：With the rapid development of integrated circuits in the new era of scientific and technological information, efficient power management has become an important issue.In order to improve the performance of the whole circuit system, a LDO linear regulator is designed and introduced in this paper. The regulator is based on TSMC 0.18um CMOS technology. The circuit consists of a high gain two-stage operational amplifier and output power transistors. The circuit is designed and simulated by Cadence software. The simulation results show that under 1.8V supply voltage, the output voltage is constant at 1.2V, the maximum load current is 20mA, the loop gain is 73 dB, and the phase margin is 85℃, which meets the design requirements.

Keywords:LDO,error amplifier circuit,steady voltage

目录

1. 绪论 4

1.1 LDO的分类及特点 4

2. LDO的概述 4

2.1 LDO的工作原理及其基本的结构 4

2.2 LDO芯片的主要性能指标 5

2.3 CMOS工艺的特点 7

3.LDO低压差线性电源芯片的关键模块设计 7

3.1 带隙基准源 8

3.2 调整管 9

3.3 误差放大器 10

4. LDO的整体仿真 12

4.1 Cadence软件应用概述 12

4.2 整体电路的仿真 14

结论 18

参考文献 19

致谢 20

1. 绪论

1.1 LDO的分类及特点

LDO线性电源芯片根据调整管联接的方式可以分为串联和并联两大类。后者调整元件和负载元件并联，当并联的元件发生改变时，输出电压不会随之改变；前者则要根据调整元件的不同结构进一步细分为两类，分别是标准的线性稳压电源和低压降的线性稳压电源。电压降就是区分这两类的重要依据。电压降主要包含一个电源正常进行工作时所需的输出压降和最小输入。通过对比，第二类线性稳压电源所需的压降明显小于第一类，效率较高，因此我们更多的就是运用这类线性稳压电源。这类电源的特点有很多，比如：噪声会很小；输出的电容较小，可应用于小型的陶瓷类电容；压降较低；功耗较低，使电源工作时间延长；可实现多种功能等。

1. LDO的概述

2.1 LDO的工作原理及其基本的结构

一般来说，LDO电路结构分为误差放大器(Error Amplifier，EA)、基准源(Voltage Reference)、反馈电阻网络(Feedback Resistor)、调整管(Pass Element)和保护电路这五个部分，为了使输出的电压保持稳定，那么就要对调整管的管道电阻进行控制，此时，利用到的就是负反馈原理。

图 2-1 LDO电路结构

电源开启，电流偏置电路开始提供电流使系统开始运行。基准源的启动电路在极短的时间内建立起基准电压，反馈网络向误差放大器反馈采集到的输出电压，误差放大器放大接收到的反馈电压以及前一步提到的基准源的电压差信号，通过改变导通管的性质，让电压得到提升，接近预计的输出值，这时，反馈电压也逐步接近基准电压，让稳定的电压得以输出。当负载电流产生变化，随之变化的还有调整管的两端电压，使得输出电压也产生变化。再次重复上述的步骤，就可以使电压稳定的输出。在电源的开关打开的这一整个过程中，系统将会对输出的电压进行连续的校正，响应的时间则由电路中组件的部分参数来决定。

2.2 LDO芯片的主要性能指标

2.2.1 输出电流，电压及其精度

一般大家在选用LDO芯片时，最先考虑的便是芯片的输出电压，根据输出的数值，一般会分成两类：可调输出电压与固定输出电压。固定输出电压芯片的输出电压精确度比较高，但是输出的固定值一般都是常用电压，所以很难满足大部分的有具体需求的情况。为了解决这种情况，我们可以采用外接的电阻进行调节，从而得到所需电压，但是外接的元件精度会影响到原本的输出电压，这一点也是需要注意的。

因为不同的机器功率都是各不相同的，所以不同的机器对于芯片输出的电流要求也是不同的。因为一个电源芯片它的输出电流越大，造价会越高，所以当一个系统需要多个电源芯片的时候，为了节约资金，可以单独选择各个部分合适的芯片，满足其输出的电流即可。

其实影响一个芯片输出电压、电流的因素有很多，LDO电路中的五个环节，任何一个环节出现变化都会影响到输出的电流、电压，比如周围环境温度发生了变化，误差放大器发生失调，反馈电路阻值不受控，基准电压漂移等众多因素都有可能干涉到最终结果。

2.2.2 静态电流及其电压降

静态电流又叫接地电流，简单来说，就是在一个芯片没有任何负载元件的条件下，电路的内部进行正常的工作所需要的电流。静态电流是输入电流与输出电流的差值，降低静态电流可以有效提高芯片电流的利用率。

电压降在这里指的就是为了维持线性电源的芯片进行正常工作所需的输入电压与输出电压的差值，它在一定程度上反映出调整管可以调节输出的电压的能力。

图 2-2 电压降

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