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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 集成于GPS射频芯片的LDO设计 姓名：鲍奇兵 申请学位级别：硕士 专业：集成电路系统设计 指导教师：张玉明 20090101 摘要 摘要 随着电子技术的发展，集成稳压器成为各种电子设备中不可或缺的组成部分， 线性稳压器由于具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比，结构简单等优点得到 广泛使用，为适应宽电压工作环境的需要，现在越来越多的芯片已经集成了低压 差线性稳压器。 本文针对一款G P S 射频芯片，设计了集成于射频芯片内部的L D O 。由于射频 芯片中各个模块对电源噪声很敏感，所以需要降低L D O 的输出噪声并提高L D O 的电源抑制比，而L D O 的
2、噪声和电源抑制比很大程度上由基准电压源决定，通过 在基准电压源的输出串联一路R C 低通滤波器，可以有效降低L D O 的输出噪声， 并提高L D O 的电源抑制比。R C 滤波器的大电容可以外接，这样可以节省芯片面 积，加大电容值可以显著的降低基准电压源的输出噪声。为了降低射频芯片的功 耗，设计有开关电路，在电路闲置期间将芯片的电源关闭。由于要集成于射频芯 片内部，所以对芯片面积有严格的要求。本设计输入电压范围2 6 V - 3 6 V ，输出电 压1 8 V ，电路包括带隙基准电压源、误差放大器、缓冲器、调整管、反馈网络、 过温保护电路以及限流保护电路。射频芯片正常工作电流为1 5 m A
3、 ，故设计最大输 出电流5 0 m A ；负载电流在0 m A 到5 0 m A 间变化时，L D O 输出电压变化峰值小于 5 m V ；P S R R 在l k H z 处达到7 3 7 d B ，在1 G H z 的带宽内P S R R 最小为3 6 6 d B ；在 1 0 0 k H z 处L D O 的输出噪声密度为3 3 5 n V 他，在1 M H z 处输出噪声密度达到 8 7 2 ，2 y 舷。本设计的版图面积约为2 8 0 1 a m 1 5 0 1 t m ，使用T S M C0 1 8 9 m 射频 和混合信号C M O S 工艺实现，并成功流片。 关键字：低压差线性
4、稳压器基准电压源G P S 射频芯片低噪声高电源抑制比 A b s t r a c t A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , i n t e g r a t e dv o l t a g er e g u l a t o ri sa l l i n d i s p e n s a b l ep a r to fav a r i e t yo fe l e c t r o n i ce q u i p m e n t L i n e a rr e g
5、 u l a t o rh a sb e e n w i d e l yu s e d ，a si th a sv e r yl o wn o i s e ，h i g hp o w e rs u p p l yr e j e c t i o nr a t i oa n ds i m p l e s t r u c t u r e M o r ea n dm o r ec h i p sa r ei n t e g r a t e dw i t hl o wd r o p o u tl i n e a rr e g u l a t o r s ，f o ri t c a np r o v i
6、d eas t a b l ep o w e r s u p p l yv o l t a g e T h i st h e s i sp r e s e n t st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fa no n c h i pl o wd r o p o u tl i n e a r r e g u l a t o r , w h i c hi si n t e g r a t e di n t oaG P Sr a d i o f r e q u e n c yc h i p M o d u l e si nR Fc h
7、i p sa r e v e r ys e n s i t i v et ot h en o i s eo fp o w e rs u p p l yv o l t a g e ，S Oi t Sn e c e s s a r yt or e d u c et h eL D O o u t p u tn o i s e ，a n di n c r e a s et h eP S R R T h en o i s ea n dP S R Ro fL D O i sd o m i n a t e db yt h e b a n d g a pr e f e r e n c e T or e d u
8、 c et h ei n t r i n s i cn o i s ea n di n c r e a s et h eP S R Ro ft h eL D O ，t h e b a n d g a pr e f e r e n c ew i t ha nR Cl o wp a s sf i l t e rc a l lb ea d o p t e d ，a n da l lo u t s i d ec a p a c i t o ri s a v a i l a b l ef o rt h eR Cl o wp a s sf i l t e r , w h i c hC a nl a r g
9、 e l yr e d u c et h eo u t p u tn o i s ea n d i n c r e a s eP S R Ro ft h eL D O I no r d e rt or e d u c et h ep o w e rc o n s u m p t i o n ，as w i t c hi s a d o p t e dt os h u t d o w nt h eL D Ow h e nt h eG P Sr a d i o - f r e q u e n c yc h i pi sf r e e T h i sL D O i s d e s i g n e d
10、t oh a v eam a x i m u mo u t p u tc u r r e n to f5 0 m A ，a st h eG P Sr a d i o f r e q u e n c yc h i p h a sa15 m Ac u r r e n tc o n s u m p t i o n ，a n di t s l a y o u ta r e as h o u l d b et h es m a l l e rt h e b e t t e r T h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w st h a tt h em a x
11、i m u mo u t p u tv a r i a t i o ni ss m a l l e rt h a n 5 m Va taf u l lc u r r e n tc h a n g ef r o m0 m A t o5 0 m A ，t h eP S R Ro ft h i sL D Oi s7 3 7 d Ba tt h e f r e q u e n c yo flk H z ，a n dm o r et h a n3 6 6 d Bi na l lf r e q u e n c yb a n d s ，t h eo u t p u tn o i s ei s 3 3 5n
12、V 4 H z l O O k H za n d8 7 2n V 4 H z 1 M H z ，a n dt h e l a y o u t a r e ai s 2 8 0 1 a m x15 0 1 a m T h i sL D Oi sf a b r i c a t e di nT S M C0 18 I t mm i x e d - s i g n a lp r o c e s s K e y w o r d s ：l o w - d r o p o u tl i n e a rr e g u l a t o rb a n d g a pr e f e r e n c e G P Sr
13、 a d i o - f r e q u e n c yc h i pl o wn o i s e h i g hP S R R 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一
14、切的法律责任。 本人签名： 麴。搀 日期 旌孽：互 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 本人签名：鱼塾遣馥 导师签名：- f “啡 日期 第章绪论 第一章绪论 11 引言 随着信息时代的来临，电子产品己普及到工作与生活的各个方面，电源电路 的性
15、能良好与否直接影响着整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。近年来电源 管理市场增长迅速，但是目前中国电源管理芯片市场的品牌构成仍是国外厂商处 于领先地位，市场排名前十的企业无一例外全部为外资企业，其中美国厂商优势 明显。然而，电源管理芯片市场的品牌集中度在缓慢下降，2 0 0 7 年市场上排名前 十位厂商所占的份额在2 0 0 6 年的基础上进一步下降，前十名所占的市场份额已经 不足5 0 ，说明市场竞争进一步加剧。而且，随着中国台湾和中国本土厂商在电 源管理领域的进一步开拓，这种趋势未来还将继续，而且随着中低端电源管理产 品竞争厂商的增加以及产品材料成本的不断增加，产品利润空问被不断压缩，这
16、些国际领先厂商未来有可能会放弃部分低端的微利产品业务，电源管理芯片市场 品牌集中度下降的趋势未来几年还将延续”l 。 围li2 0 0 7 年中国电源管理芯片市场品牌结构 虽然这些国际厂商在中低端产品方面受到了很大挑战而且市场品牌集中度 也在降低，但是为了应对挑战，2 0 0 8 年以来，国际领先的厂商也在积极调整，例 如T I 加大电源管理投入，收购爱尔兰电源设计公司，而且重组模拟业务，增加电 源管理部门；F a i r c h i l d 与Z i l k e r L a b s 合作为通信和计算应用提供负载点数字电源； 为了增强电源管理产品的应用实力，英飞凌收购P r i m a n o n 等。目前来看，主流厂 商在中高端电源管理领域仍然具有技术和市场优势例如手机用的p M U ，往往只 能由几家大厂供应，中小厂商( 主要是F a b l e s s ) 很难有机会切八市场，由于这种 2 集成于G P 曼塾堡堇壁塑兰里Q 堡生一 ：二一 技
