傳統(tǒng)LDO和無片外電容LDO的對比和設(shè)計無片外電容LDO的說明

　　隨著航天技術(shù)的飛速發(fā)展，我國對航天事業(yè)的發(fā)展越發(fā)重視，集成電路技術(shù)作為航天技術(shù)領(lǐng)域的中流砥柱，如何在復(fù)雜的航天環(huán)境中保證集成電路芯片的可靠性是人們的研究熱點。低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）以其低功耗、高精度和響應(yīng)速度快等優(yōu)越性能成為使用廣泛的電源管理電路之一。因此研究具有抗輻照特性的LDO具有十分重要的意義。本文的研究目的是設(shè)計了一個無片外電容LDO模塊，用于集成在一款抗輻照數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）芯片內(nèi)為其地址解碼和數(shù)據(jù)鎖存模塊等數(shù)字電路提供電源電壓。本文首先根據(jù)整體電路的抗輻照要求，抗總劑量輻射不低于100Krad（Si），分析了總劑量輻射效應(yīng)對集成電路的影響機(jī)理，并且提出相應(yīng)的抗輻照方案進(jìn)行加固，使電路達(dá)到抗總劑量輻照要求。本文所設(shè)計的無片外電容LDO要求在5V~6.3V輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出4.8V的電壓，最低壓差為200mV。由于本文所設(shè)計的LDO是給數(shù)字電路提供電源電壓，因此不僅要保證LDO的輸出精度，而且對電路的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)要求很高。本文分析對比了傳統(tǒng)LDO和無片外電容LDO在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能上的差異，結(jié)合目前已有的無片外電容LDO負(fù)載瞬態(tài)增強(qiáng)電路，提出了適合本文的瞬態(tài)增強(qiáng)方案。本文所設(shè)計的LDO為三級結(jié)構(gòu)，第一級為折疊式共源共柵誤差放大器，第二級為緩沖器，第三級為PMOS功率調(diào)整管，本文所采用的頻率補(bǔ)償方案為嵌套式密勒補(bǔ)償（NMC），本文在負(fù)載瞬態(tài)增強(qiáng)方案中不僅通過第二級緩沖器增大調(diào)整管的柵端壓擺率，并且還增加了額外的瞬態(tài)增強(qiáng)電路，進(jìn)一步改善系統(tǒng)的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。本文使用Dongbu HiTek BCD 0.18μm工藝庫完成了電路每個模塊的設(shè)計和整體仿真，最終在電源電壓為5V，負(fù)載電容為50pF，溫度為27攝氏度時的仿真結(jié)果為：最小壓差為200mV，最大可驅(qū)動負(fù)載為100mA，負(fù)載調(diào)整率為0.2493（μV/mA），線性調(diào)整率為0.197（mV/V），整個環(huán)路的低頻增益最少為97dB，系統(tǒng)的相位裕度最小為75度，電源抑制比最小為84dB（100Hz），負(fù)載電流為從2mA~100mA的階躍電流時，輸出端的最大過沖電壓僅為37.7mV，最后利用環(huán)柵MOS管完成整體電路的版圖。整體而言，本文所設(shè)計的無片外電容LDO符合本文的設(shè)計要求。