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传统LDO和无片外电容LDO的对比和设计无片外电容LDO的说明
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随着航天技术的飞速发展，我国对航天事业的发展越发重视，集成电路技术作为航天技术领域的中流砥柱，如何在复杂的航天环境中保证集成电路芯片的可靠性是人们的研究热点。低压差线性稳压器（LDO）以其低功耗、高精度和响应速度快等优越性能成为使用广泛的电源管理电路之一。因此研究具有抗辐照特性的LDO具有十分重要的意义。本文的研究目的是设计了一个无片外电容LDO模块，用于集成在一款抗辐照数模转换器（DAC）芯片内为其地址解码和数据锁存模块等数字电路提供电源电压。本文首先根据整体电路的抗辐照要求，抗总剂量辐射不低于100Krad（Si），分析了总剂量辐射效应对集成电路的影响机理，并且提出相应的抗辐照方案进行加固，使电路达到抗总剂量辐照要求。本文所设计的无片外电容LDO要求在5V~6.3V输入范围内稳定输出4.8V的电压，最低压差为200mV。由于本文所设计的LDO是给数字电路提供电源电压，因此不仅要保证LDO的输出精度，而且对电路的负载瞬态响应要求很高。本文分析对比了传统LDO和无片外电容LDO在负载瞬态响应性能上的差异，结合目前已有的无片外电容LDO负载瞬态增强电路，提出了适合本文的瞬态增强方案。本文所设计的LDO为三级结构，第一级为折叠式共源共栅误差放大器，第二级为缓冲器，第三级为PMOS功率调整管，本文所采用的频率补偿方案为嵌套式密勒补偿（NMC），本文在负载瞬态增强方案中不仅通过第二级缓冲器增大调整管的栅端压摆率，并且还增加了额外的瞬态增强电路，进一步改善系统的负载瞬态响应。本文使用Dongbu HiTek BCD 0.18μm工艺库完成了电路每个模块的设计和整体仿真，最终在电源电压为5V，负载电容为50pF，温度为27摄氏度时的仿真结果为：最小压差为200mV，最大可驱动负载为100mA，负载调整率为0.2493（μV/mA），线性调整率为0.197（mV/V），整个环路的低频增益最少为97dB，系统的相位裕度最小为75度，电源抑制比最小为84dB（100Hz），负载电流为从2mA~100mA的阶跃电流时，输出端的最大过冲电压仅为37.7mV，最后利用环栅MOS管完成整体电路的版图。整体而言，本文所设计的无片外电容LDO符合本文的设计要求。
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八宝蜀黍
2023-10-24
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