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王忆，何乐年 著

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• 电源系统
• CMOS电路

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030345349

商品编码：1202699195

包装：平装

出版时间：2012-06-01

基本信息

书名:CMOS低压差线性稳压器

原价：50.00元

作者：王忆,何乐年

出版社：科学出版社

出版日期：2012-06-01

ISBN：9787030345349

字数：336000

页码：266

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.599kg

编辑推荐

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内容提要

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《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。在电路理论分析的基础上，提出了低功耗LDO、无片外电容LDO以及高电源噪声抑制LDO芯片的设计方法，并有详细仿真与测试结果。《CMOS低压差线性稳压器》可作为集成电路设计、微电子、电子信息工程等专业的高年级本科生和研究生学习模拟CMOS集成电路设计的教材，也可供从事模拟集成电路设计的工程师参考。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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CMOS 低压差线性稳压器：高效能、低功耗电源解决方案的精要指南 在当今电子设备日益小型化、集成化且对功耗敏感的时代，高性能、低压差的线性稳压器扮演着至关重要的角色。它们是为各种精密电子器件提供稳定、纯净直流电源的关键组件，直接影响着设备的性能、续航能力和整体可靠性。本书《CMOS低压差线性稳压器》深入剖析了这一类功率管理器件的设计、原理、应用与发展趋势，旨在为工程师、技术爱好者以及相关专业学生提供一份全面而详实的参考指南。 本书的立足点在于CMOS（互补金属氧化半导体）技术在现代低压差线性稳压器设计中的核心地位。CMOS工艺以其低功耗、高集成度和优异的开关特性，成为了设计高性能、低压差线性稳压器的不二之选。书中将从CMOS器件的基本特性入手，详细阐述其在稳压器电路中的应用，以及如何利用CMOS的优势来克服传统双极型晶体管在低压差应用中遇到的瓶颈。 核心原理与电路剖析 本书的核心内容将围绕CMOS低压差线性稳压器的基本工作原理展开。我们将首先介绍线性稳压器的基本架构，包括误差放大器、带隙基准源、功率驱动级（通常是PMOS或NMOS晶体管）以及反馈网络。对于CMOS低压差线性稳压器，特别会强调其“低压差”设计的精髓。压差，即稳压器输入电压与输出电压之间的最小差值，是衡量稳压器效率和适用性的关键指标。低压差意味着稳压器能在输入电压接近输出电压时依然稳定工作，这对于电池供电设备以及多级供电系统尤为重要。 书中将详细解析实现低压差工作的各种关键技术，例如： 大尺寸功率晶体管的设计： 如何通过增加功率驱动晶体管的尺寸来降低其导通电阻（Rds(on)），从而减小因电流流过电阻产生的压降，达到低压差的目的。 高增益、高带宽误差放大器： 误差放大器是稳压器的“大脑”，其性能直接决定了稳压器的动态响应速度和稳态精度。本书将深入探讨各种CMOS误差放大器拓扑结构，如折叠式共源共栅（Folded Cascode）、两级放大器等，并分析其在增益、带宽、相位裕度等方面的优劣，以及如何通过优化补偿网络来保证电路的稳定性。 低压带隙基准源（Bandgap Reference）： 稳定、准确的基准电压是稳压器精度和温度稳定性的基础。本书将介绍多种CMOS工艺下的低压带隙基准源设计，分析其工作原理，并讨论如何提高其温度系数和电源抑制比（PSRR）。 输出电容和ESR（等效串联电阻）的影响： 输出电容不仅用于滤波，更是保证稳压器环路稳定性的关键。我们将详细分析输出电容的种类（如陶瓷电容、钽电容）及其ESR对环路稳定性的影响，并介绍如何根据不同的输出电容特性进行补偿设计。 噪声抑制技术： 线性稳压器通常需要提供低噪声的输出电压，以满足敏感模拟电路和射频电路的要求。书中将探讨产生噪声的源头，以及各种降低输出噪声的方法，如采用低噪声基准源、优化放大器设计、增加滤波电路等。 电源抑制比（PSRR）的提升： PSRR表征了稳压器抑制输入电源纹波的能力。对于许多应用，高PSRR至关重要。本书将分析影响PSRR的因素，并介绍提高PSRR的设计技巧。 高级功能与集成设计 除了基础的稳压功能，现代CMOS低压差线性稳压器还集成了多种高级功能，以提升其实用性和智能化水平。本书将深入探讨这些高级功能的设计与实现： 软启动（Soft-Start）： 软启动功能可以限制稳压器启动时的输出电压瞬变，避免对后续电路产生冲击，保护敏感器件。本书将介绍多种软启动电路的实现方式，并分析其动态特性。 使能（Enable）/关断（Shutdown）功能： 方便用户在需要时关闭稳压器，以达到节能的目的。 过流保护（Overcurrent Protection, OCP）和过温保护（Overtemperature Protection, OTP）： 这些保护机制可以有效防止稳压器在异常工作条件下损坏。本书将详细讲解不同类型的过流保护（如限流、折返）、过温保护电路的设计原理，以及如何根据应用需求进行选择和配置。 短路保护（Short-Circuit Protection, SCP）： 进一步增强电路的鲁棒性。 掉电检测（Power-Good Detection）： 当输出电压低于预设阈值时，发出信号指示电源状态。 内部纹波抑制（Internal LDO Noise Reduction）： 针对高频噪声的特殊处理。 低静态电流（Low Quiescent Current, IQ）设计： 对于电池供电的设备，低静态电流是延长续航的关键。本书将探讨如何通过优化偏置电流、采用脉冲调制等技术来降低静态电流。 可调输出电压（Adjustable Output Voltage）设计： 灵活的输出电压设置对于多用途电源设计至关重要。 电荷泵（Charge Pump）集成： 在某些情况下，为实现更高的输出电压或负电压输出，可能会将电荷泵集成到LDO中。 CMOS工艺与版图设计考量 成功的CMOS低压差线性稳压器设计不仅依赖于电路原理，更与CMOS工艺的特性和版图设计息息相关。本书将从版图设计的角度，为读者提供宝贵的指导： 器件匹配： 在差分对、电流镜等电路中，器件的匹配至关重要。将详细讲解如何通过版图设计技术（如中心对称、冗余器件）来提高器件的匹配度。 寄生效应： CMOS工艺中的寄生电阻、寄生电容、衬底效应等会对电路性能产生显著影响。本书将分析这些寄生效应的来源，并提供降低其影响的设计方法。 热效应： 功率晶体管在工作时会产生热量，热效应可能导致器件参数漂移甚至损坏。我们将讨论如何通过版图布局来改善散热，以及热效应对稳压器性能的影响。 电源完整性（Power Integrity）和信号完整性（Signal Integrity）： 在高密度集成电路中，良好的电源和信号完整性是保证电路正常工作的基础。本书将简要介绍相关的版图设计原则。 ESD（静电放电）保护： 版图设计是ESD保护的关键环节。 应用领域与性能优化 本书将通过大量的实例，展示CMOS低压差线性稳压器在各个领域的广泛应用，并探讨如何针对不同应用场景进行性能优化： 移动设备（智能手机、平板电脑）： 对低功耗、低压差、低噪声有极高要求。 可穿戴设备： 极致的低功耗是首要考虑因素。 物联网（IoT）设备： 延长电池寿命，满足小型化需求。 汽车电子： 对可靠性、宽温工作范围要求高。 医疗设备： 对低噪声、高精度、高可靠性有严格标准。 数字信号处理器（DSP）和微控制器（MCU）的供电： 需要稳定的电源以保证其正常运行。 射频（RF）和模拟电路的供电： 对低噪声和高PSRR有特殊需求。 在性能优化方面，本书将深入分析各种权衡，例如： 效率 vs. 稳定性： 如何在追求高效率的同时，保证环路的稳定性。 噪声 vs. 功耗： 如何在满足低噪声要求的同时，尽量降低静态电流。 响应速度 vs. 功耗： 如何平衡动态响应速度和低功耗需求。 尺寸 vs. 性能： 在受限于封装尺寸的情况下，如何优化性能。 未来发展趋势 最后，本书将展望CMOS低压差线性稳压器未来的发展趋势，包括： 更高集成度： 将更多的功能集成到单个芯片中，如集成DC-DC转换器、电源管理单元（PMU）等。 更低的功耗： 进一步降低静态电流和工作电流，以适应对电池寿命越来越苛刻的需求。 更高的动态性能： 更快的瞬态响应速度，以应对更复杂的负载变化。 更智能化的电源管理： 结合微控制器和传感器，实现更灵活、更高效的电源管理策略。 新兴工艺的应用： 探索新的CMOS工艺节点以及其他半导体材料在低压差线性稳压器中的应用潜力。 AI在电源设计中的应用： 利用机器学习和人工智能辅助电路设计和版图优化。 通过对《CMOS低压差线性稳压器》一书内容的深入解读，读者将能够全面掌握CMOS低压差线性稳压器的设计原理、关键技术、版图考量和应用实践，从而能够设计出更高效、更可靠、更具竞争力的电源管理解决方案，为现代电子产品的创新发展提供坚实的技术支撑。本书不仅是工程师必备的参考工具书，也是相关领域研究人员和学生的理想读物。

评分☆☆☆☆☆

《CMOS低压差线性稳压器》这本书的出现，无疑为我这种在模拟 IC 设计领域摸爬滚打多年的工程师，提供了一份宝贵的“内功心法”。我一直认为，一个优秀的低压差线性稳压器，其核心就在于对 CMOS 器件特性的深刻理解和巧妙运用。这本书在开头就深入剖析了 CMOS 器件在低压差工作条件下的行为特征，比如亚阈值区和弱反型区的电流特性，以及寄生参数对 LDO 性能的影响。这些细节往往是决定 LDO 性能上限的关键。我非常期待书中关于“噪声敏感性”的章节，因为在许多高集成度的 SOC 设计中，LDO 的输出噪声直接影响着数字和模拟电路的正常工作，如何有效地抑制带隙基准的输出噪声、如何降低误差放大器的输入失调和闪烁噪声，都是我一直在攻克的难题。此外，书中还详细介绍了各种 LDO 的稳定性分析方法，包括零极点配置、伯德图分析等，并且提供了多种提高稳定性的设计技巧，这对于我优化现有的 LDO 设计，提升产品的鲁棒性具有极大的价值。我甚至看到书中还讨论了关于 ESD（静电放电）保护在 LDO 设计中的重要性，这绝对是一个容易被忽视但又至关重要的环节。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，在模拟 IC 设计领域，能够将复杂的理论与实际应用巧妙结合的书籍是稀缺的。而《CMOS低压差线性稳压器》这本书，就恰恰满足了我的这一需求。这本书的结构非常清晰，从最基础的器件模型出发，逐步深入到 LDO 的各种拓扑结构设计，再到实际应用中的各种挑战和解决方案。我尤其欣赏书中对于“效率优化”的探讨，如何在保证稳定性和瞬态响应的同时，最大限度地降低 LDO 的功耗，这是在当今低功耗设计大背景下，最受业界关注的问题之一。我看到了书中对不同导通电阻（RDS(on)）的 MOS 管以及低功耗偏置电流的优化策略的介绍，这对于我设计低功耗 LDO 提供了非常实用的思路。而且，书中还提供了大量的仿真波形和实验数据，这些都极大地增强了书本内容的说服力和实践指导意义。我非常期待书中关于“电源排序”和“上电复位”功能的章节，这些功能在多电源轨的复杂系统中，对于保证系统的正确启动和运行至关重要。总而言之，这本书是一本集理论深度、实践指导和前沿技术于一体的优秀著作，我非常有信心它能帮助我成为一名更优秀的模拟 IC 设计工程师。

评分☆☆☆☆☆

拿到《CMOS低压差线性稳压器》这本书，我第一眼就被其厚重的质感和精美的排版所吸引。作为一名刚刚毕业不久，对模拟电路设计充满热情的研究生，我一直在寻找一本能够系统性地、深入浅出地讲解 LDO 设计的书籍。市面上有很多电源管理方面的书籍，但往往过于宽泛，或者侧重于理论而缺乏实际指导。《CMOS低压差线性稳压器》则不同，它的定位非常精准，直指 CMOS LDO 这个细分领域。我惊喜地发现，书中不仅仅是简单地介绍 LDO 的结构，更是对不同拓扑结构下的 LDO 进行了深入的理论分析和性能对比，比如 OT LDO、PT LDO 的工作原理和适用场景，以及它们在功耗和稳定性方面的权衡。我特别想学习书中关于如何设计低功耗 LDO 的章节，因为在物联网设备和可穿戴设备领域，功耗永远是第一考量因素。我注意到书中还提到了许多前沿的设计技术，例如如何利用新型的 CMOS 器件特性来降低 LDO 的噪声和提高效率，甚至还讨论了一些关于高级的 LDO 应用，比如多通道 LDO 和可编程 LDO。这本书对我而言，不仅是一本技术手册，更是一本能够激发我创新思维的学习指南，我迫不及待地想要把它读透，并尝试将书中的知识应用到我的研究课题中。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到这本《CMOS低压差线性稳压器》真是太让人惊喜了！我一直对电源管理 IC 抱有浓厚的兴趣，特别是那些能在极低压差下工作的器件，因为它们能显著提升电池供电设备的续航能力，简直是移动电子设备的福音。这本书的封面设计简洁大方，一看就很有专业范儿。我初步翻阅了一下目录，里面的章节安排得非常合理，从最基础的理论讲解，比如稳压器的基本原理、噪声抑制技术，再到核心的 CMOS 器件特性分析，以及各种低压差线性稳压器（LDO）的架构设计，像是两级式、折叠式 LDO 的优缺点比较，最后还涵盖了实际应用中的挑战，比如稳定性、瞬态响应、功耗优化等等。感觉作者在内容的选择上非常贴合当前业界的需求，没有那些虚头巴脑的东西，全是干货。我尤其期待那些关于噪声分析和抑制的部分，因为在很多高精度模拟电路设计中，电源噪声是最大的敌人之一。而且，这本书居然还涉及到了不同工艺下的 CMOS 器件模型和仿真方法，这对于想要深入理解 LDO 内部工作机制的工程师来说，简直是量身定制。我敢肯定，这本书能够填补我在这一领域的知识空白，并且为我今后的设计工作提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《CMOS低压差线性稳压器》这本书的书名就足够吸引人了。作为一名长期从事嵌入式系统开发的工程师，我深知低压差线性稳压器在小型化、低功耗产品中的重要性。我之前在设计一款便携式医疗设备时，就遇到了电池电压快速下降导致设备性能不稳定的问题，当时就急需一款能在接近电池最低电压时依然能提供稳定输出的稳压器。这本书的出现，仿佛是为我量身打造的解决方案。我仔细看了看书籍的章节划分，里面有专门针对不同负载瞬态响应特性的分析，比如如何设计一个能够快速响应负载变化的 LDO，这对我的项目非常有指导意义。而且，书中还深入探讨了如何通过优化环路补偿、改进误差放大器等手段来提升 LDO 的动态性能。我特别关注到关于“软启动”功能的介绍，这对于避免在设备启动瞬间产生过大的浪涌电流，保护敏感的传感器和处理器至关重要。此外，书中对于不同封装形式的 LDO 以及散热设计也有所涉及，这些细节对于实际产品落地往往是决定成败的关键。我非常看好这本书能够帮助我解决在实际产品开发中遇到的各种电源管理难题，提升产品的整体可靠性和用户体验。