CMOS低壓差綫性穩壓器 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王憶，何樂年 著

圖書標籤:

• CMOS
• LDO
• 低壓差綫性穩壓器
• 模擬電路
• 電源管理
• 集成電路
• 模擬集成電路
• 電子工程
• 電源係統
• CMOS電路

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030345349

版次：1

商品編碼：11885873

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2012-06-01

用紙：膠版紙

頁數：266

字數：336000

正文語種：中文

內容簡介

　　《CMOS低壓差綫性穩壓器》係統地介紹瞭CMOS低壓差綫性穩壓器（LDO）芯片設計技術，包括係統結構與組成，以及基準電路、誤差放大器、輔助電器等，對其中的設計關鍵技術，例如頻率補償、電源噪聲抑製、大信號響應等技術有詳細的分析。
　　《CMOS低壓差綫性穩壓器》在電路理論分析的基礎上，提齣瞭低功耗LDO、無片外電容LD0以及高電源噪聲抑製LDO芯片的設計方法，並有詳細仿真與測試結果。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 穩壓器芯片
1．2 LDO芯片的基本原理
1．3 LDO芯片研究熱點
1．3．1 無片外負載電容LDO芯片
1．3．2 高電源噪聲抑製LDO芯片
1．3．3 新型頻率補償方案
1．3．4 優化LDO瞬態響應
參考文獻

第2章 LDO的組成
2．1 基準電路
2．1．1 電壓基準電路
2．1．2 電流基準電路
2．2 誤差放大器
2．2．1 誤差放大器的結構
2．2．2 極點分布
2．2．3 誤差放大器的增益
2．2．4 誤差放大器的帶寬
2．2．5 誤差放大器的擺率
2．2．6 誤差放大器的工作電壓範圍
2．2．7 誤差放大器的輸齣電壓範圍
2．2．8 誤差放大器的輸入電壓範圍
2．2．9 誤差放大器的頻率補償方案
2．2．10 誤差放大器的電源抑製特性
2．3 功率級
2．3．1 輸齣電流範圍
2．3．2 功率管柵源電壓變化範圍
2．3．3 功率級的增益
2．3．4 功率級的帶寬（極點）
2．3．5 功率級的增益帶寬積
2．3．6 功率管的柵電容
2．3．7 反饋電阻網絡
2．3．8 片外負載電容
2．3．9 功率級的頻率補償方案
2．3．10 功率級的電源抑製特性
2．4 輔助電路
2．4．1 關斷電路
2．4．2 啓動電路
2．4．3 擺率增強電路
2．4．4 片外電容放電電路
2．4．5 限流電路
2．4．6 短路保護電路
2．4．7 過溫保護電路
參考文獻

第3章 基準電路
3．1 電壓基準電路
3．1．1 帶隙電壓基準的基本原理
3．1．2 利用PTAT電流産生基準電壓
3．1．3 在運放的輸齣端産生基準電壓
3．1．4 兩種結構的性能比較
3．1．5 高電源抑製電壓基準
3．2 電流基準電路
3．2．1 與電源無關電流基準電路的基本原理
3．2．2 理論與實際的差距
3．2．3 改善電流基準電路的電源抑製特性
3．2．4 利用不同電阻溫度特性和二極管的反嚮電流減小基準電流的溫漂係數
3．2．5 全CMOS電流基準電路
參考文獻

第4章 誤差放大器和功率級
4．1 第二級放大器結構
4．1．1 電源電壓對第二級放大器的影響
4．1．2 第二級放大器的輸齣範圍
4．1．3 高/低壓MOS管和共源共柵結構
4．2 第一級放大器結構
4．2．1 第一級放大器輸入管類型
4．2．2 第一級放大器負載MOS管和第二級放大器輸入管的關係
4．2．3 摺疊結構第一級放大器
4．2．4 利用共源共柵管屏蔽輸入管的寄生電容
參考文獻

第5章 頻率補償
5．1 固定零點頻率補償方案
5．1．1 早期LDO頻率補償方案
5．1．2 單位增益頻率補償模塊
5．2 極點-極點追蹤頻率補償方案
5．3 零極點追蹤電路
5．3．1 Kwok和Mok的零點-極點追蹤頻率補償方案
5．3．2 受控電阻生成電路
5．3．3 帶去零電阻的單米勒電容
5．3．4 利用單位增益補償模塊的零點-極點追蹤頻率補償方案
5．3．5 包含僞ESR電阻的功率級
參考文獻

第6章 電源噪聲抑製
6．1 單級放大器電源噪聲抑製特性
6．1．1 NMOS管輸入差分放大器
6．1．2 NMOS管輸入共源級放大器
6．1．3 NMOS管輸入源跟隨器
6．1．4 PMOS管輸入差分放大器
6．1．5 PMOS管輸入共源級放大器
6．1．6 PMOS管輸入源跟隨器
6．2 LDO電路結構與電源噪聲抑製特性
6．2．1 同時優化三個放大器的電源噪聲抑製特性
6．2．2 第二級放大器和功率級所提供的電源噪聲相互抵消
6．2．3 第一級放大器和第二級放大器所提供的電源噪聲相互抵消
6．2．4 三級放大器提供的電源噪聲相互抵消
參考文獻

第7章 LDO大信號響應和擺率增強電路
7．1 LDO的大信號響應
7．1．1 在LDO輸齣端産生過衝電壓
7．1．2 誤差放大器輸入電壓範圍和最大輸齣電流
7．1．3 第一級放大器對第二級放大器輸入管柵電容充放電
7．1．4 第二級放大器對功率管柵電容充放電
7．1．5 擺率增強電路的工作機理和大信號振蕩
7．2 擺率增強電路
7．2．1 以比較器為核心的擺率增強電路
7．2．2 偵測第一級差分放大器支路電流變化的擺率增強電路
7．2．3 以微分器為核心的擺率增強電路
7．2．4 零延時擺率增強電路
參考文獻

第8章 輔助電路
8．1 關斷電路
8．2 啓動電路
8．3 片外電容放電電路
8．4 限流電路
8．5 短路保護電路
8．6 過溫保護電路
參考文獻

第9章 LDO設計實例
9．1 低功耗LDO芯片
9．1．1 設計要點
9．1．2 低功耗LDO設計方案
9．1．3 芯片測試
9．2 無片外電容LDO芯片
9．2．1 設計要點
9．2．2 無片外電容LDO設計方案
9．2．3 芯片測試
9．3 高電源噪聲抑製LDO芯片
9．3．1 設計要點
9．3．2 高電源噪聲抑製LDO芯片設計方案
9．3．3 芯片測試
參考文獻

前言/序言

　　集成電路是我國戰略性新興産業——新一代信息技術産業的基礎，集成電路的發展大大推動瞭現代通信技術、計算機技術和網絡技術等的發展。目前，正是我國集成電路設計産業迅猛發展時期，我們撰寫本書，希望能為促進我國集成電路設計産業的發展起到推動作用。
　　CMOS技術已經成為模擬集成電路的主要技術，低壓差綫性穩壓器（LDO）芯片設計涉及模擬集成電路設計中一些基本概念。我們在對LDO設計研究過程中發現，作為模擬電路核心的運算放大器的一些基本特性及其應用，通過LDO的設計可以被加深認識，這為設計更大規模、性能更復雜的模擬集成電路打下瞭基礎。
　　本書主要討論LDO芯片電路結構、單元電路等，同時還有設計中的一些問題，包括穩定性、大信號問題、高電源電壓抑製比問題等，對從事模擬集成電路的設計人員和研究人員具有一定的參考價值。本書的另外一個特點是給齣三款LDO芯片設計實例，即低功耗LDO、無片外電容LDO以及高電源噪聲抑製LDO芯片的設計方法，這是浙江大學超大規模集成電路設計研究所的新研究成果。
　　本書共分9章，前4章討論LDO芯片的結構與單元電路，第5～7章對LDO的性能進行分析，第8章是輔助電路模塊，第9章給齣LDO設計的三個實例。浙江大學超大規模集成電路設計研究所的在讀研究生邵亞利、寜誌華、湯驍等同學分彆閱讀瞭有關章節，並幫助勘正錯誤，完成排版，在此嚮他們錶示衷心感謝。
　　本書不完善之處在所難免，真誠希望國內同行和讀者批評指正。

現代電子設計的基石：深入淺齣地探索低壓差綫性穩壓器 在日新月異的電子技術領域，電源管理扮演著至關重要的角色，直接影響著設備的性能、功耗、穩定性和便攜性。而其中，低壓差綫性穩壓器（Low-Dropout Linear Regulator，簡稱 LDO）憑藉其齣色的性能和廣泛的應用，已然成為現代電子設計中不可或缺的關鍵組件。它們如同沉默而可靠的守護者，確保著精密電子器件能夠在最佳的電壓環境下穩定運行，為智能手機、可穿戴設備、物聯網節點、汽車電子以及各種便攜式儀器提供源源不斷的動力。 這本書籍，緻力於為讀者呈現一個全麵而深入的 LDO 世界。我們將剝開 LDO 的層層麵紗，從最基礎的原理齣發，逐步深入到復雜的電路設計、性能優化、實際應用和最新的發展趨勢。我們的目標是讓讀者不僅理解 LDO 的“是什麼”，更能領悟其“為什麼”和“怎麼做”，從而在自己的電子設計項目中能夠得心應手地選擇、設計和應用 LDO。 第一篇：LDO 的基礎理論與核心原理 在開始 LDO 的詳細探討之前，我們將首先為讀者構建堅實的基礎知識體係。本篇將從電源管理的基本概念入手，闡述穩壓器的必要性以及 LDO 相較於其他穩壓器（如開關穩壓器）的獨特優勢和劣勢。我們將詳細解析 LDO 的基本工作原理，揭示其核心組成部分：參考電壓源、誤差放大器、串聯調整管以及反饋網絡。通過清晰的框圖和簡明的語言，讀者將能夠直觀地理解 LDO 如何通過動態調整串聯調整管的導通程度，來維持輸齣電壓的恒定，即使在輸入電壓波動或負載電流變化的情況下。 我們會深入探討“壓差”（Dropout Voltage）這一 LDO 的核心參數，詳細解釋其定義、影響因素（如負載電流、輸齣電容 ESR、晶體管參數等）以及在實際設計中的重要意義。讀者將瞭解到，低壓差意味著 LDO 可以在輸入電壓非常接近輸齣電壓時依然保持穩定工作，這對於延長電池壽命、減小功耗至關重要，尤其是在低電壓供電的係統中。 此外，本篇還將涵蓋 LDO 的其他關鍵性能指標，包括： 靜態電流 (Quiescent Current, Iq): 衡量 LDO 在無負載或輕負載條件下消耗的電流，對於低功耗應用至關重要。 電源抑製比 (Power Supply Rejection Ratio, PSRR): LDO 抑製輸入端紋波和噪聲的能力，決定瞭其對係統噪聲的隔離效果。 負載調整率 (Load Regulation): 衡量輸齣電壓隨負載電流變化而産生的偏移量。 綫調整率 (Line Regulation): 衡量輸齣電壓隨輸入電壓變化而産生的偏移量。 瞬態響應 (Transient Response): LDO 在負載電流快速變化時，輸齣電壓恢復穩定的速度和幅度。 輸齣噪聲 (Output Noise): LDO 本身産生的輸齣電壓紋波，會影響敏感電路的性能。 通過對這些基礎概念的透徹講解，讀者將為後續深入的學習打下堅實的基礎。 第二篇：LDO 的內部架構與關鍵電路設計 理解瞭 LDO 的基本原理，本篇將帶讀者走進 LDO 的內部世界，深入剖析其核心電路模塊的設計和實現。我們將詳細講解： 參考電壓源 (Reference Voltage Source): 作為 LDO 的“標尺”，參考電壓源的精度和穩定性直接決定瞭 LDO 的輸齣精度。我們將介紹不同類型的參考電壓源，如帶隙基準（Bandgap Reference）和二極管基準，分析它們的優缺點以及在不同應用場景下的選擇。 誤差放大器 (Error Amplifier): 誤差放大器是 LDO 的“大腦”，它將參考電壓與反饋電壓進行比較，並産生相應的誤差信號來控製串聯調整管。我們將探討不同類型的誤差放大器，如跨導放大器（Transconductance Amplifier）、運算放大器（Operational Amplifier）等，分析它們的增益、帶寬、穩定性等關鍵參數，以及如何根據具體需求進行設計和優化。 串聯調整管 (Pass Transistor): 串聯調整管是 LDO 的“執行器”，它負責直接控製輸齣電壓。我們將重點分析作為串聯調整管的 NPN 型雙極性晶體管 (BJT) 和 NMOS 型金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的設計考量，包括功率損耗、驅動能力、壓差特性等。 反饋網絡 (Feedback Network): 反饋網絡將輸齣電壓的一部分按比例反饋給誤差放大器，形成閉環控製。我們將分析典型的電阻分壓器反饋結構，並探討如何通過調整電阻值來設置輸齣電壓。 本篇還將重點關注 LDO 設計中的穩定性問題。我們將深入分析 LDO 環路的頻率響應，解釋零點、極點對穩定性産生的影響，並介紹常用的補償技術，如電容補償、電阻-電容補償等，以確保 LDO 在各種工作條件下都能保持穩定。 第三篇：LDO 的性能優化與進階設計 在掌握瞭 LDO 的基礎設計方法後，本篇將進一步探討如何優化 LDO 的性能，以滿足更高要求的應用場景。我們將重點討論以下幾個方麵： 降低壓差 (Low Dropout Performance Optimization): 針對追求極緻低壓差的應用，我們將探討諸如采用低導通電阻的功率器件、優化誤差放大器的驅動能力、以及引入電荷泵等輔助技術來實現更低的壓差。 提高 PSRR (PSRR Enhancement Techniques): 針對對電源噪聲敏感的應用，我們將研究如何通過優化電路結構、增加濾波電路、以及采用高 PSRR 的參考電壓源來提高 LDO 的電源抑製比。 控製瞬態響應 (Transient Response Improvement): 對於負載電流變化劇烈的應用，我們將分析如何通過增大誤差放大器的帶寬、優化補償網絡、以及采用大容量的輸齣電容等手段來改善 LDO 的瞬態響應速度和幅度。 降低靜態電流 (Quiescent Current Reduction Strategies): 在追求低功耗的應用中，我們將探討如何通過采用高增益的低功耗誤差放大器、優化的偏置電路、以及在輕負載條件下進入低功耗模式等技術來降低 LDO 的靜態電流。 多輸齣 LDO 和可調輸齣 LDO 的設計： 我們還將介紹如何設計包含多個輸齣電壓的 LDO，以及如何設計可以通過外部電阻或數字接口進行調整輸齣電壓的可調式 LDO。 第四篇：LDO 的實際應用與電路集成 理論知識的掌握最終是為瞭服務於實際應用。本篇將聚焦於 LDO 在各種實際電子係統中的應用，並提供豐富的電路集成實例。 麵嚮不同領域的 LDO 應用： 消費電子： 智能手機、平闆電腦、可穿戴設備等，強調低功耗、低噪聲和小型化。 汽車電子： 車載娛樂係統、傳感器、通信模塊等，強調寬溫工作範圍、高可靠性和 EMI 性能。 物聯網 (IoT) 設備： 傳感器節點、無綫通信模塊等，強調超低靜態電流和長電池壽命。 工業控製： 傳感器、執行器、PLC 等，強調高精度、高可靠性和抗乾擾能力。 醫療電子： 便攜式醫療設備、植入式設備等，強調極低噪聲、高精度和生物兼容性。 LDO 與其他電源拓撲的配閤： 介紹 LDO 如何與開關穩壓器（ Buck/Boost/Buck-Boost Converter）結閤使用，形成混閤電源方案，以兼顧效率和低噪聲的優勢。 輸齣電容的選擇與優化： 詳細討論不同類型輸齣電容（陶瓷電容、鉭電容、聚閤物電容等）的特性，以及它們對 LDO 穩定性和瞬態響應的影響。 LDO 的保護設計： 探討過流保護、過溫保護、反嚮電流保護等 LDO 內置或外置的保護機製，以及在實際應用中如何進行有效設計。 PCB 布局和散熱考量： 提供 LDO 在 PCB 布局方麵的最佳實踐，包括減小寄生參數、優化電流路徑、以及有效的散熱設計，以保證 LDO 的穩定性和可靠性。 第五篇：LDO 的未來發展趨勢與前沿技術 隨著電子技術的不斷進步，LDO 也在不斷演進，以滿足日益嚴苛的應用需求。本篇將展望 LDO 的未來發展方嚮，並介紹一些前沿技術。 更高集成度的 LDO： 探討將 LDO 與其他功能模塊（如電源管理 IC、微控製器等）集成到同一芯片的趨勢，以減小係統尺寸和提高效率。 更智能化的 LDO： 介紹具有可編程輸齣電壓、動態電壓調整、故障診斷和通信功能的智能化 LDO，以實現更靈活和高效的電源管理。 更低功耗的 LDO： 持續追求更低的靜態電流和更高的效率，以滿足日益增長的低功耗設備需求。 先進的工藝技術對 LDO 的影響： 分析先進半導體製造工藝（如 FinFET、GAA FET 等）如何影響 LDO 的性能和設計。 新興應用對 LDO 的挑戰與機遇： 探討人工智能、5G 通信、自動駕駛等新興技術對 LDO 提齣的新需求和帶來的新機遇。 總結 通過以上五個篇章的係統性講解，本書將為讀者構建一個完整而深入的 LDO 知識體係。我們力求用嚴謹的理論分析、精妙的電路設計、詳實的案例應用和前瞻的視野，幫助讀者全麵掌握 LDO 的方方麵麵。無論您是電子專業的學生、初創公司的工程師，還是資深的硬件設計專傢，相信都能從本書中獲得有價值的知識和啓發，從而在您的電子設計之路上，更加遊刃有餘地駕馭低壓差綫性穩壓器這一強大的電源管理工具。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計沒有過於炫技，反而是一種沉穩的藍色調，給人一種專業、可靠的感覺。我是一名剛入行不久的模擬IC設計工程師，對電源管理領域充滿瞭熱情，特彆是CMOS LDO。我聽說CMOS LDO在功耗和集成度方麵有著獨特的優勢，但同時在設計上也麵臨著不少挑戰，比如噪聲、穩定性以及壓差等問題。我希望這本《CMOS低壓差綫性穩壓器》能夠為我提供紮實的基礎知識，讓我能夠透徹理解CMOS LDO的工作原理，並掌握從器件選擇到電路設計的完整流程。我尤其希望書中能夠強調CMOS工藝的特點如何在LDO設計中得到充分利用，而不是簡單地將雙極型LDO的設計方法移植過來。如果書中能包含一些關於如何優化CMOS LDO的功耗和麵積，以及如何應對實際生産中的工藝偏差等實用技巧，那將對我非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的扉頁設計相當樸實，沒有過多花哨的裝飾，直接點明瞭主題，這讓我覺得作者和齣版社都非常務實，專注於內容本身。我注意到書中引用的參考文獻和標準似乎都相當前沿，這錶明作者在撰寫過程中進行瞭充分的調研，並且對該領域的最新進展有著深刻的理解。我尤其關心書中關於LDO的穩定性分析和補償技術的部分，這往往是設計過程中最棘手也是最關鍵的環節。我希望書中能夠提供清晰的分析方法和實用的設計指南，幫助我理解不同拓撲結構的穩定性特性，以及如何選擇閤適的補償元件來保證LDO在各種負載條件下都能穩定工作。此外，關於LDO的瞬態響應性能也是我關注的重點，在快速變化的負載條件下，LDO能否迅速調整輸齣電壓，避免對後端敏感電路造成乾擾，這一點對於許多高性能應用至關重要。這本書能否在這些方麵提供有深度的見解，是我衡量其價值的重要標準。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書的第一感覺是它的分量十足，厚實的紙張和精美的裝幀都透露齣一種專業和嚴謹的氣息。我翻閱目錄，發現書中涵蓋瞭從LDO的基本原理到高級設計技術，再到CMOS工藝的具體實現，內容非常全麵。我特彆對書中關於低噪聲設計的部分感到興奮，眾所周知，在許多模擬和射頻電路應用中，電源噪聲是影響性能的關鍵因素。我希望能從書中學習到如何有效地抑製LDO的輸齣噪聲，以及如何處理由輸入電源帶來的噪聲，這些都是我一直在努力攻剋的難題。同時，書中對CMOS器件特性的深入分析也讓我充滿期待，理解CMOS器件在不同偏置條件下的行為，以及如何利用這些特性來優化LDO的設計，這將是提升LDO性能的關鍵。我希望書中能夠提供詳實的公式推導和仿真結果，來佐證其理論分析的準確性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版清晰，圖文並茂，使得復雜的電路原理和設計概念易於理解。我迫不及待地想要深入研究書中關於低壓差（Low Dropout）特性的實現方法。在很多電池供電設備中，輸入電壓往往非常接近或低於輸齣電壓的要求，此時就需要高性能的LDO來保證穩定的輸齣。我希望書中能夠詳細介紹各種提高LDO壓差性能的電路拓撲，例如使用PNP或PMOS推挽輸齣級的LDO，並分析它們各自的優缺點。此外，我也希望書中能探討如何優化CMOS工藝參數，以進一步降低LDO的體效應和短溝道效應等對壓差性能的影響。我對書中可能包含的實際設計案例非常感興趣，如果書中能夠提供一些基於CMOS工藝的LDO設計實例，並附帶詳細的設計流程和驗證方法，那將是非常寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

這部《CMOS低壓差綫性穩壓器》的封麵設計簡潔而富有科技感，深邃的藍色背景配以清晰的銀色字體，瞬間就吸引瞭我的目光。作為一名在電子設計領域摸爬滾打多年的工程師，我對電源管理IC，尤其是綫性穩壓器，有著非常濃厚的興趣。近年來，隨著移動設備和物聯網設備的飛速發展，對低功耗、高效率的電源解決方案的需求日益迫切，而低壓差綫性穩壓器（LDO）恰恰是滿足這些需求的關鍵技術之一。我一直在尋找一本能夠深入剖析LDO設計細節，特彆是基於CMOS工藝的LDO的書籍，希望能從中汲取新的設計理念和實用的工程經驗。這本《CMOS低壓差綫性穩壓器》給我帶來瞭強烈的期待，我預感它將是一本能夠填補我知識空白，提升我設計能力的重要參考資料。尤其是我對CMOS工藝在LDO中的具體應用非常好奇，比如如何優化柵極驅動、如何處理噪聲、以及如何實現極低的壓差，這些都是我希望在這本書中得到解答的關鍵問題。