CMOS低压差线性稳压器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王忆，何乐年 著

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• CMOS
• LDO
• 低压差线性稳压器
• 模拟电路
• 电源管理
• 集成电路
• 模拟集成电路
• 电子工程
• 电源系统
• CMOS电路

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030345349

版次：1

商品编码：11885873

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-06-01

用纸：胶版纸

页数：266

字数：336000

正文语种：中文

内容简介

　　《CMOS低压差线性稳压器》系统地介绍了CMOS低压差线性稳压器（LDO）芯片设计技术，包括系统结构与组成，以及基准电路、误差放大器、辅助电器等，对其中的设计关键技术，例如频率补偿、电源噪声抑制、大信号响应等技术有详细的分析。
　　《CMOS低压差线性稳压器》在电路理论分析的基础上，提出了低功耗LDO、无片外电容LD0以及高电源噪声抑制LDO芯片的设计方法，并有详细仿真与测试结果。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 稳压器芯片
1．2 LDO芯片的基本原理
1．3 LDO芯片研究热点
1．3．1 无片外负载电容LDO芯片
1．3．2 高电源噪声抑制LDO芯片
1．3．3 新型频率补偿方案
1．3．4 优化LDO瞬态响应
参考文献

第2章 LDO的组成
2．1 基准电路
2．1．1 电压基准电路
2．1．2 电流基准电路
2．2 误差放大器
2．2．1 误差放大器的结构
2．2．2 极点分布
2．2．3 误差放大器的增益
2．2．4 误差放大器的带宽
2．2．5 误差放大器的摆率
2．2．6 误差放大器的工作电压范围
2．2．7 误差放大器的输出电压范围
2．2．8 误差放大器的输入电压范围
2．2．9 误差放大器的频率补偿方案
2．2．10 误差放大器的电源抑制特性
2．3 功率级
2．3．1 输出电流范围
2．3．2 功率管栅源电压变化范围
2．3．3 功率级的增益
2．3．4 功率级的带宽（极点）
2．3．5 功率级的增益带宽积
2．3．6 功率管的栅电容
2．3．7 反馈电阻网络
2．3．8 片外负载电容
2．3．9 功率级的频率补偿方案
2．3．10 功率级的电源抑制特性
2．4 辅助电路
2．4．1 关断电路
2．4．2 启动电路
2．4．3 摆率增强电路
2．4．4 片外电容放电电路
2．4．5 限流电路
2．4．6 短路保护电路
2．4．7 过温保护电路
参考文献

第3章 基准电路
3．1 电压基准电路
3．1．1 带隙电压基准的基本原理
3．1．2 利用PTAT电流产生基准电压
3．1．3 在运放的输出端产生基准电压
3．1．4 两种结构的性能比较
3．1．5 高电源抑制电压基准
3．2 电流基准电路
3．2．1 与电源无关电流基准电路的基本原理
3．2．2 理论与实际的差距
3．2．3 改善电流基准电路的电源抑制特性
3．2．4 利用不同电阻温度特性和二极管的反向电流减小基准电流的温漂系数
3．2．5 全CMOS电流基准电路
参考文献

第4章 误差放大器和功率级
4．1 第二级放大器结构
4．1．1 电源电压对第二级放大器的影响
4．1．2 第二级放大器的输出范围
4．1．3 高/低压MOS管和共源共栅结构
4．2 第一级放大器结构
4．2．1 第一级放大器输入管类型
4．2．2 第一级放大器负载MOS管和第二级放大器输入管的关系
4．2．3 折叠结构第一级放大器
4．2．4 利用共源共栅管屏蔽输入管的寄生电容
参考文献

第5章 频率补偿
5．1 固定零点频率补偿方案
5．1．1 早期LDO频率补偿方案
5．1．2 单位增益频率补偿模块
5．2 极点-极点追踪频率补偿方案
5．3 零极点追踪电路
5．3．1 Kwok和Mok的零点-极点追踪频率补偿方案
5．3．2 受控电阻生成电路
5．3．3 带去零电阻的单米勒电容
5．3．4 利用单位增益补偿模块的零点-极点追踪频率补偿方案
5．3．5 包含伪ESR电阻的功率级
参考文献

第6章 电源噪声抑制
6．1 单级放大器电源噪声抑制特性
6．1．1 NMOS管输入差分放大器
6．1．2 NMOS管输入共源级放大器
6．1．3 NMOS管输入源跟随器
6．1．4 PMOS管输入差分放大器
6．1．5 PMOS管输入共源级放大器
6．1．6 PMOS管输入源跟随器
6．2 LDO电路结构与电源噪声抑制特性
6．2．1 同时优化三个放大器的电源噪声抑制特性
6．2．2 第二级放大器和功率级所提供的电源噪声相互抵消
6．2．3 第一级放大器和第二级放大器所提供的电源噪声相互抵消
6．2．4 三级放大器提供的电源噪声相互抵消
参考文献

第7章 LDO大信号响应和摆率增强电路
7．1 LDO的大信号响应
7．1．1 在LDO输出端产生过冲电压
7．1．2 误差放大器输入电压范围和最大输出电流
7．1．3 第一级放大器对第二级放大器输入管栅电容充放电
7．1．4 第二级放大器对功率管栅电容充放电
7．1．5 摆率增强电路的工作机理和大信号振荡
7．2 摆率增强电路
7．2．1 以比较器为核心的摆率增强电路
7．2．2 侦测第一级差分放大器支路电流变化的摆率增强电路
7．2．3 以微分器为核心的摆率增强电路
7．2．4 零延时摆率增强电路
参考文献

第8章 辅助电路
8．1 关断电路
8．2 启动电路
8．3 片外电容放电电路
8．4 限流电路
8．5 短路保护电路
8．6 过温保护电路
参考文献

第9章 LDO设计实例
9．1 低功耗LDO芯片
9．1．1 设计要点
9．1．2 低功耗LDO设计方案
9．1．3 芯片测试
9．2 无片外电容LDO芯片
9．2．1 设计要点
9．2．2 无片外电容LDO设计方案
9．2．3 芯片测试
9．3 高电源噪声抑制LDO芯片
9．3．1 设计要点
9．3．2 高电源噪声抑制LDO芯片设计方案
9．3．3 芯片测试
参考文献

前言/序言

　　集成电路是我国战略性新兴产业——新一代信息技术产业的基础，集成电路的发展大大推动了现代通信技术、计算机技术和网络技术等的发展。目前，正是我国集成电路设计产业迅猛发展时期，我们撰写本书，希望能为促进我国集成电路设计产业的发展起到推动作用。
　　CMOS技术已经成为模拟集成电路的主要技术，低压差线性稳压器（LDO）芯片设计涉及模拟集成电路设计中一些基本概念。我们在对LDO设计研究过程中发现，作为模拟电路核心的运算放大器的一些基本特性及其应用，通过LDO的设计可以被加深认识，这为设计更大规模、性能更复杂的模拟集成电路打下了基础。
　　本书主要讨论LDO芯片电路结构、单元电路等，同时还有设计中的一些问题，包括稳定性、大信号问题、高电源电压抑制比问题等，对从事模拟集成电路的设计人员和研究人员具有一定的参考价值。本书的另外一个特点是给出三款LDO芯片设计实例，即低功耗LDO、无片外电容LDO以及高电源噪声抑制LDO芯片的设计方法，这是浙江大学超大规模集成电路设计研究所的新研究成果。
　　本书共分9章，前4章讨论LDO芯片的结构与单元电路，第5～7章对LDO的性能进行分析，第8章是辅助电路模块，第9章给出LDO设计的三个实例。浙江大学超大规模集成电路设计研究所的在读研究生邵亚利、宁志华、汤骁等同学分别阅读了有关章节，并帮助勘正错误，完成排版，在此向他们表示衷心感谢。
　　本书不完善之处在所难免，真诚希望国内同行和读者批评指正。

现代电子设计的基石：深入浅出地探索低压差线性稳压器 在日新月异的电子技术领域，电源管理扮演着至关重要的角色，直接影响着设备的性能、功耗、稳定性和便携性。而其中，低压差线性稳压器（Low-Dropout Linear Regulator，简称 LDO）凭借其出色的性能和广泛的应用，已然成为现代电子设计中不可或缺的关键组件。它们如同沉默而可靠的守护者，确保着精密电子器件能够在最佳的电压环境下稳定运行，为智能手机、可穿戴设备、物联网节点、汽车电子以及各种便携式仪器提供源源不断的动力。 这本书籍，致力于为读者呈现一个全面而深入的 LDO 世界。我们将剥开 LDO 的层层面纱，从最基础的原理出发，逐步深入到复杂的电路设计、性能优化、实际应用和最新的发展趋势。我们的目标是让读者不仅理解 LDO 的“是什么”，更能领悟其“为什么”和“怎么做”，从而在自己的电子设计项目中能够得心应手地选择、设计和应用 LDO。 第一篇：LDO 的基础理论与核心原理 在开始 LDO 的详细探讨之前，我们将首先为读者构建坚实的基础知识体系。本篇将从电源管理的基本概念入手，阐述稳压器的必要性以及 LDO 相较于其他稳压器（如开关稳压器）的独特优势和劣势。我们将详细解析 LDO 的基本工作原理，揭示其核心组成部分：参考电压源、误差放大器、串联调整管以及反馈网络。通过清晰的框图和简明的语言，读者将能够直观地理解 LDO 如何通过动态调整串联调整管的导通程度，来维持输出电压的恒定，即使在输入电压波动或负载电流变化的情况下。 我们会深入探讨“压差”（Dropout Voltage）这一 LDO 的核心参数，详细解释其定义、影响因素（如负载电流、输出电容 ESR、晶体管参数等）以及在实际设计中的重要意义。读者将了解到，低压差意味着 LDO 可以在输入电压非常接近输出电压时依然保持稳定工作，这对于延长电池寿命、减小功耗至关重要，尤其是在低电压供电的系统中。 此外，本篇还将涵盖 LDO 的其他关键性能指标，包括： 静态电流 (Quiescent Current, Iq): 衡量 LDO 在无负载或轻负载条件下消耗的电流，对于低功耗应用至关重要。 电源抑制比 (Power Supply Rejection Ratio, PSRR): LDO 抑制输入端纹波和噪声的能力，决定了其对系统噪声的隔离效果。 负载调整率 (Load Regulation): 衡量输出电压随负载电流变化而产生的偏移量。 线调整率 (Line Regulation): 衡量输出电压随输入电压变化而产生的偏移量。 瞬态响应 (Transient Response): LDO 在负载电流快速变化时，输出电压恢复稳定的速度和幅度。 输出噪声 (Output Noise): LDO 本身产生的输出电压纹波，会影响敏感电路的性能。 通过对这些基础概念的透彻讲解，读者将为后续深入的学习打下坚实的基础。 第二篇：LDO 的内部架构与关键电路设计 理解了 LDO 的基本原理，本篇将带读者走进 LDO 的内部世界，深入剖析其核心电路模块的设计和实现。我们将详细讲解： 参考电压源 (Reference Voltage Source): 作为 LDO 的“标尺”，参考电压源的精度和稳定性直接决定了 LDO 的输出精度。我们将介绍不同类型的参考电压源，如带隙基准（Bandgap Reference）和二极管基准，分析它们的优缺点以及在不同应用场景下的选择。 误差放大器 (Error Amplifier): 误差放大器是 LDO 的“大脑”，它将参考电压与反馈电压进行比较，并产生相应的误差信号来控制串联调整管。我们将探讨不同类型的误差放大器，如跨导放大器（Transconductance Amplifier）、运算放大器（Operational Amplifier）等，分析它们的增益、带宽、稳定性等关键参数，以及如何根据具体需求进行设计和优化。 串联调整管 (Pass Transistor): 串联调整管是 LDO 的“执行器”，它负责直接控制输出电压。我们将重点分析作为串联调整管的 NPN 型双极性晶体管 (BJT) 和 NMOS 型金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的设计考量，包括功率损耗、驱动能力、压差特性等。 反馈网络 (Feedback Network): 反馈网络将输出电压的一部分按比例反馈给误差放大器，形成闭环控制。我们将分析典型的电阻分压器反馈结构，并探讨如何通过调整电阻值来设置输出电压。 本篇还将重点关注 LDO 设计中的稳定性问题。我们将深入分析 LDO 环路的频率响应，解释零点、极点对稳定性产生的影响，并介绍常用的补偿技术，如电容补偿、电阻-电容补偿等，以确保 LDO 在各种工作条件下都能保持稳定。 第三篇：LDO 的性能优化与进阶设计 在掌握了 LDO 的基础设计方法后，本篇将进一步探讨如何优化 LDO 的性能，以满足更高要求的应用场景。我们将重点讨论以下几个方面： 降低压差 (Low Dropout Performance Optimization): 针对追求极致低压差的应用，我们将探讨诸如采用低导通电阻的功率器件、优化误差放大器的驱动能力、以及引入电荷泵等辅助技术来实现更低的压差。 提高 PSRR (PSRR Enhancement Techniques): 针对对电源噪声敏感的应用，我们将研究如何通过优化电路结构、增加滤波电路、以及采用高 PSRR 的参考电压源来提高 LDO 的电源抑制比。 控制瞬态响应 (Transient Response Improvement): 对于负载电流变化剧烈的应用，我们将分析如何通过增大误差放大器的带宽、优化补偿网络、以及采用大容量的输出电容等手段来改善 LDO 的瞬态响应速度和幅度。 降低静态电流 (Quiescent Current Reduction Strategies): 在追求低功耗的应用中，我们将探讨如何通过采用高增益的低功耗误差放大器、优化的偏置电路、以及在轻负载条件下进入低功耗模式等技术来降低 LDO 的静态电流。 多输出 LDO 和可调输出 LDO 的设计： 我们还将介绍如何设计包含多个输出电压的 LDO，以及如何设计可以通过外部电阻或数字接口进行调整输出电压的可调式 LDO。 第四篇：LDO 的实际应用与电路集成 理论知识的掌握最终是为了服务于实际应用。本篇将聚焦于 LDO 在各种实际电子系统中的应用，并提供丰富的电路集成实例。 面向不同领域的 LDO 应用： 消费电子： 智能手机、平板电脑、可穿戴设备等，强调低功耗、低噪声和小型化。 汽车电子： 车载娱乐系统、传感器、通信模块等，强调宽温工作范围、高可靠性和 EMI 性能。 物联网 (IoT) 设备： 传感器节点、无线通信模块等，强调超低静态电流和长电池寿命。 工业控制： 传感器、执行器、PLC 等，强调高精度、高可靠性和抗干扰能力。 医疗电子： 便携式医疗设备、植入式设备等，强调极低噪声、高精度和生物兼容性。 LDO 与其他电源拓扑的配合： 介绍 LDO 如何与开关稳压器（ Buck/Boost/Buck-Boost Converter）结合使用，形成混合电源方案，以兼顾效率和低噪声的优势。 输出电容的选择与优化： 详细讨论不同类型输出电容（陶瓷电容、钽电容、聚合物电容等）的特性，以及它们对 LDO 稳定性和瞬态响应的影响。 LDO 的保护设计： 探讨过流保护、过温保护、反向电流保护等 LDO 内置或外置的保护机制，以及在实际应用中如何进行有效设计。 PCB 布局和散热考量： 提供 LDO 在 PCB 布局方面的最佳实践，包括减小寄生参数、优化电流路径、以及有效的散热设计，以保证 LDO 的稳定性和可靠性。 第五篇：LDO 的未来发展趋势与前沿技术 随着电子技术的不断进步，LDO 也在不断演进，以满足日益严苛的应用需求。本篇将展望 LDO 的未来发展方向，并介绍一些前沿技术。 更高集成度的 LDO： 探讨将 LDO 与其他功能模块（如电源管理 IC、微控制器等）集成到同一芯片的趋势，以减小系统尺寸和提高效率。 更智能化的 LDO： 介绍具有可编程输出电压、动态电压调整、故障诊断和通信功能的智能化 LDO，以实现更灵活和高效的电源管理。 更低功耗的 LDO： 持续追求更低的静态电流和更高的效率，以满足日益增长的低功耗设备需求。 先进的工艺技术对 LDO 的影响： 分析先进半导体制造工艺（如 FinFET、GAA FET 等）如何影响 LDO 的性能和设计。 新兴应用对 LDO 的挑战与机遇： 探讨人工智能、5G 通信、自动驾驶等新兴技术对 LDO 提出的新需求和带来的新机遇。 总结 通过以上五个篇章的系统性讲解，本书将为读者构建一个完整而深入的 LDO 知识体系。我们力求用严谨的理论分析、精妙的电路设计、详实的案例应用和前瞻的视野，帮助读者全面掌握 LDO 的方方面面。无论您是电子专业的学生、初创公司的工程师，还是资深的硬件设计专家，相信都能从本书中获得有价值的知识和启发，从而在您的电子设计之路上，更加游刃有余地驾驭低压差线性稳压器这一强大的电源管理工具。

评分☆☆☆☆☆

这本书的扉页设计相当朴实，没有过多花哨的装饰，直接点明了主题，这让我觉得作者和出版社都非常务实，专注于内容本身。我注意到书中引用的参考文献和标准似乎都相当前沿，这表明作者在撰写过程中进行了充分的调研，并且对该领域的最新进展有着深刻的理解。我尤其关心书中关于LDO的稳定性分析和补偿技术的部分，这往往是设计过程中最棘手也是最关键的环节。我希望书中能够提供清晰的分析方法和实用的设计指南，帮助我理解不同拓扑结构的稳定性特性，以及如何选择合适的补偿元件来保证LDO在各种负载条件下都能稳定工作。此外，关于LDO的瞬态响应性能也是我关注的重点，在快速变化的负载条件下，LDO能否迅速调整输出电压，避免对后端敏感电路造成干扰，这一点对于许多高性能应用至关重要。这本书能否在这些方面提供有深度的见解，是我衡量其价值的重要标准。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计没有过于炫技，反而是一种沉稳的蓝色调，给人一种专业、可靠的感觉。我是一名刚入行不久的模拟IC设计工程师，对电源管理领域充满了热情，特别是CMOS LDO。我听说CMOS LDO在功耗和集成度方面有着独特的优势，但同时在设计上也面临着不少挑战，比如噪声、稳定性以及压差等问题。我希望这本《CMOS低压差线性稳压器》能够为我提供扎实的基础知识，让我能够透彻理解CMOS LDO的工作原理，并掌握从器件选择到电路设计的完整流程。我尤其希望书中能够强调CMOS工艺的特点如何在LDO设计中得到充分利用，而不是简单地将双极型LDO的设计方法移植过来。如果书中能包含一些关于如何优化CMOS LDO的功耗和面积，以及如何应对实际生产中的工艺偏差等实用技巧，那将对我非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的第一感觉是它的分量十足，厚实的纸张和精美的装帧都透露出一种专业和严谨的气息。我翻阅目录，发现书中涵盖了从LDO的基本原理到高级设计技术，再到CMOS工艺的具体实现，内容非常全面。我特别对书中关于低噪声设计的部分感到兴奋，众所周知，在许多模拟和射频电路应用中，电源噪声是影响性能的关键因素。我希望能从书中学习到如何有效地抑制LDO的输出噪声，以及如何处理由输入电源带来的噪声，这些都是我一直在努力攻克的难题。同时，书中对CMOS器件特性的深入分析也让我充满期待，理解CMOS器件在不同偏置条件下的行为，以及如何利用这些特性来优化LDO的设计，这将是提升LDO性能的关键。我希望书中能够提供详实的公式推导和仿真结果，来佐证其理论分析的准确性。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版清晰，图文并茂，使得复杂的电路原理和设计概念易于理解。我迫不及待地想要深入研究书中关于低压差（Low Dropout）特性的实现方法。在很多电池供电设备中，输入电压往往非常接近或低于输出电压的要求，此时就需要高性能的LDO来保证稳定的输出。我希望书中能够详细介绍各种提高LDO压差性能的电路拓扑，例如使用PNP或PMOS推挽输出级的LDO，并分析它们各自的优缺点。此外，我也希望书中能探讨如何优化CMOS工艺参数，以进一步降低LDO的体效应和短沟道效应等对压差性能的影响。我对书中可能包含的实际设计案例非常感兴趣，如果书中能够提供一些基于CMOS工艺的LDO设计实例，并附带详细的设计流程和验证方法，那将是非常宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这部《CMOS低压差线性稳压器》的封面设计简洁而富有科技感，深邃的蓝色背景配以清晰的银色字体，瞬间就吸引了我的目光。作为一名在电子设计领域摸爬滚打多年的工程师，我对电源管理IC，尤其是线性稳压器，有着非常浓厚的兴趣。近年来，随着移动设备和物联网设备的飞速发展，对低功耗、高效率的电源解决方案的需求日益迫切，而低压差线性稳压器（LDO）恰恰是满足这些需求的关键技术之一。我一直在寻找一本能够深入剖析LDO设计细节，特别是基于CMOS工艺的LDO的书籍，希望能从中汲取新的设计理念和实用的工程经验。这本《CMOS低压差线性稳压器》给我带来了强烈的期待，我预感它将是一本能够填补我知识空白，提升我设计能力的重要参考资料。尤其是我对CMOS工艺在LDO中的具体应用非常好奇，比如如何优化栅极驱动、如何处理噪声、以及如何实现极低的压差，这些都是我希望在这本书中得到解答的关键问题。