论文总字数：24184字

摘 要

在便携电子产品日新月异的年代，拥有良好性能的电源管理芯片就显得尤为重要，而低压降线性稳压器是电源管理芯片中性能比较好的且性价比较高的一类。

本课题是关于低噪声、高压线性电源电路的分析与研究。主要内容是通过完成对市场上比较成熟的低压降线性稳压器的深入洞悉，以此来了解该芯片的技术原理、设计思路、性能竞争优势等信息。针对市场上流行的两款宽输入范围线性稳压器SGM2202、AP7381芯片，本文选择性能较好的AP7381芯片进行分析。该芯片输入范围可从3.3V一直变化到40V，输出电压固定为3.3V或5V，负载电流最大可达到150mA,可应用于USB、便携电子产品等多种设备。

本论文首先介绍了低压降稳压器的现状和它的工作原理，然后提取了AP7381各个模块电路进行分析，最后通过对芯片总体电路的仿真，发现这款芯片，在温度27℃，负载电流为70mA的条件下，它的漏失电压仅达到700mV；当负载为10mA，频率为1KHZ处，电源抑制比为68dB，达到了芯片理论值；它的静态电流最高仅33uA左右，符合原参数的描述；线性调整率和负载调整率也均达到了理论值。

关键词：低噪声，宽输入范围，静态电流，低压差线性稳压器

Abstract

In the era of ever-changing portable electronic products, the power management chip with good performance is particularly important, and the low-voltage drop linear regulator is a better performance and cost-effective type of power management chip.

This topic is about the analysis and research of a low noise, high voltage linear power supply circuit. The main content is to complete the deep insight into the more mature low-voltage drop linear regulator on the market through reverse design, in order to understand the chip's technical principles, design ideas, performance, competitive advantages and other information. For the two wide input range linear regulators SGM2202, AP7381 provided by the company, this paper selects AP7381 chip with better performance for analysis. The chip input range can be changed from 3.3V to 40V, the output voltage is fixed at 3.3V or 5V, and the load current can reach up to 150mA. It can be applied to USB, portable electronic products and other devices.

This paper firstly introduces the status of the low dropout voltage regulator and its working principle. Then it extracts the circuit of each module of AP7381 and analyzes it. Finally, through the simulation of the whole circuit of the chip, this chip is found at a temperature of 27°C and the load current is Under 70mA conditions, its leakage voltage only reaches 300mV; when the load is 10mA, the frequency is 1KHZ, the power supply rejection ratio is 68dB, reaching the theoretical value of the chip; its quiescent current is only about 33uA, which is in accordance with the description of the original parameters; The linear adjustment rate and the load adjustment rate also reached the theoretical values.

KEY WORDS: Low noise, wide input range, quiescent current, LDO, reverse design, Cadence

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 低压差线性稳压器LDO的研究现状和发展趋势 2

1.3 本课题研究内容 4

第二章 LDO调节器工作原理分析 5

2.1 LDO稳压器的电路结构和工作原理 5

2.2 LDO稳压器的重要参数和性能指标 7

2.3 LDO系统设计的几个注意要点 11

2.4 本章小结 11

第三章 稳压器的选择及其工作机理分析 12

3.1 芯片选择 12

3.2 反向设计步骤说明 12

3.3 AP7381芯片的产品说明 14

3.4 本章小结 15

第四章 系统电路提取、分析与设计 16

4.1 基准电压源 16

4.2 偏置电流源 17

4.3 误差放大器 18

4.4 采样网络 18

4.5 辅助电路 19

4.6 本章小结 21

第五章 芯片总体电路仿真 22

5.1 直流分析 22

5.2 交流分析 27

5.3 瞬态分析 28

5.4 稳定性分析 29

5.5 噪声分析 30

5.6 数据对比 30

5.7 本章小结 31

第六章 总结 32

致 谢 33

参考文献 34

1. 绪论
   1. 课题研究背景和意义

自进入信息时代以来，科学技术取得了重大的发展，而以集成电路为核心的微电子技术是其中的佼佼者。它将各种半导体器件集成到一个小面积的芯片上，并且兼顾了重量轻、可靠性高、工作速度快等种种优点。到如今，随着半导体工艺的发展以及人们对小而精的电子设备的追求，各种超高集成度且功能全面的IC芯片设计与制造已然称为微电子制造业的大方向和大趋势。我们都知道一个电子设备的正常使用离不开电源，而电源电压或者电流不能平稳输出时，电子设备往往不能平稳运行甚至有时可能出现损坏，这对昂贵的电子设备来说是非常浪费的。针对这种问题，电源管理芯片应运而生，电源管理芯片是一种能够将含有噪声且不稳定的外部能源转变成稳定的输出电压，这个输出电压往往不随负载变化，有稳定、精确等种种优点，根据需求，电源管理芯片能够生成不同幅度的稳定输出电压，能够提供给电子产品芯片系统的各个模块使用。因此，我们也称这些电源管理芯片是连接外部电源和电子产品的桥梁。

电源管理的范畴非常广泛，根据不同的功能和应用情况，可以将基本的电源芯片分为三类：以稳压器为代表的线性电源芯片、基于电容的电荷泵式开关电源芯片以及基于电感的DC/DC电源芯片。线性电源芯片由于其高精度的电压基准、高性能、低噪声、低静态电流、快速的瞬态响应、良好的输出自检功能等特点，往往应用于体积较小的电子设备例如手机、IPAD等；而电荷泵电源管理芯片往往运用于小功率供电例如LED驱动等场合，这种芯片具备低噪声、恒定频率等特点；DC/DC芯片分为降压和升压两种，所以它的应用也最为全面，在日常生活中，我们见过的相机、掌上电脑、微型电话、备用电池电子器件均使用的是DC/DC芯片。可以看出，虽然上述三者都属于电源管理芯片，但他们的电源效率、产品体积、供电能力、噪声特性和电压精度等方面的性能有着很大的区别。在实际工程应用中，需要根据不同的以用要求选择不同的电源管理芯片。在本课题中，我们讨论的是线性电源芯片中的低压差线性稳压器LDO（Low Dropout）。

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