用于低功耗可穿戴射频前端芯片的电源管理电路研究

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近年来,智能手环、眼镜等各种可穿戴设备迅猛发展,性能更好的电源管理芯片是必需的。尤其是对电源噪声很敏感的射频电路,必须先利用电源管理电路对电源电压进行优化处理,达到所需性能标准,才能保证整个电路正常工作。  低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)具有干扰小,输出噪声低,体积小易于片上集成,低功耗,方便使用等优点,广泛用于可穿戴的电子设备中。所以,深入研究LDO线性稳压器很有实际的意义。本文设计了一种无片外电容的,高电源抑制比的LDO,适合为射频前端芯片供电。  本文首先对电源管理芯片的应用背景和研究动态进行了简要介绍,分析和比较了几种直流-直流转换器,并着重调研了近年来LDO的研究动态。具体分析了LDO的基本原理和设计中需要考虑的关键性能指标,为电路的设计提供了理论依据。然后,细致的分析了LDO的各个关键电路模块,给出了具体的设计方案,并绘制了完整的版图。基于带隙基准产生原理和关键性能的分析,设计了温度系数较低的参考电压源,为后级提供了稳定的参考电压;基于对不同类型功率管的优缺点,不同结构的误差放大器的电源抑制比(Power Supply Rejection,PSR)的分析,设计了合适的功率调整管和误差放大器;根据对电源噪声在不同频段的主要传输路径的分析,设计了PSR增强电路,显著提高了LDO的PSR,并分析了几种已有的提高LDO的PSR的技术;采用密勒补偿技术,增强了整个电路的稳定性。  该LDO稳压器采用UMC65nm RF CMOS工艺,利用Cadence Spectre RF平台对电路进行设计和仿真。结果表明,LDO的输出电压为1.2V,相位裕度可以达到86.8°,增益裕度为33.4dB,在100kHz频率处,PSR为-84.4dB,输出噪声为9.8nV/√Hz,在1MHz频率处,PSR为-50.6dB,输出噪声为8.6nV√Hz,其中,相比无PSR增强电路的LDO,该LDO在100kHz和1MHz频率处的PSR分别提高了40dB和30dB,适合为噪声敏感的射频电路供电。
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