RF SOC上LDO设计及其组电源管理研究

【摘要】近年来，射频(RadioFrequency,RF)通信芯片在众多电子产品中得到广泛地应用，并朝着片上系统(SystemonChip,SOC)的方向不断发展。同时，RFSOC通信芯片对电源管理的要求也越来越高。低压差(LowDrop-Out,LDO)线性稳压器作为常用的直流稳压电源的一种，具有输出稳定、低噪声、易集成等特点。本文从这些特点出发，研究和设计了射频收发芯片内集成的低压差线性稳压器组(LDOs)及其电源管理策略。首先，简单介绍了电源管理技术的发展和分类，并着重介绍了LDO的应用、国内外现状和今后的发展趋势。在对LDO原理和指标研究和理解的基础上，从具体的射频收发芯片应用出发，提出了一种低噪声、低功耗的电源管理策略，包括区域划分、数字通信控制、备用电源切换系统等。而且根据具体负载区域要求，给出了本次LDO组设计的具体指标要求。然后，根据设计指标要求对LDO电路设计中的主要模块进行了研究与设计，主要包括调整管、误差放大器、带隙基准源等。在降低噪声方面，专门设计了一种可快速开启的RC滤波器电路结构，在保证滤波带宽的基础上大大加快了启动时间。整体电路的前仿真验证无误后，进行了版图设计和后仿真验证。后仿真结果显示：工作温度(-40℃~85℃)和工作电压(2.0V~3.6V)范围内，带隙基准的温度系数小于40×10-6V/℃；LDO的输出电压范围为1.764V~1.848V；LDO_PA的启动时间为1.98μs；LDO1和LDO2输出噪声分别为49.46μVrms和99.3μVrms；LDO3的静态电流21.5μA；模拟供电LDO的电源抑制比在低频处也基本大于60dB，整个仿真结果满足设计指标要求。最后，所设计的LDOs采用SMIC0.18μmRFCMOS工艺进行了生产制造。芯片测试结果显示：工作电压范围内，带隙基准的平均输出电压为1.266V，LDOs的输出平均电压为1.79~1.882V；LDO_PA的启动时间为1.74μs；LDO3和备用电源的切换时间小于148μs；LDO1的噪声特性较好；LDO1~3的静态电流功耗在0.03mA左右，LDO_PA的静态电流功耗为0.111mA。总之，LDOs电源管理系统输出电压稳定，静态功耗较小，并且具有一定的噪声抑制功能，可以用于为RFSOC收发系统供电。
【作者】杨少丹；
【导师】张海鹏；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】低压差线性稳压器；电源管理；低噪声；误差放大器；带隙基准源；RC；滤波器；

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