高压输出电流1A可调节高亮度LED线性驱动IC设计

1、高压输出电流1A可调节高亮度LED线性驱动IC设计摘要随着信息科学的快速发展，电源技术变得越来越重要。因低压差线性稳压器(LDO)的体积小，高电源抑制比，功耗小，低噪声以及应用端电路简单等优点在众多电源中，受到人们的普遍关注。此外，由于LDO还具有较好的线性瞬态响应和负载瞬态响应，使它在便携式、工业化、汽车行业等领域占有重要地位，比如在PDA，MP3播放器，无线电话，DDR等电子设备中应用广泛。因此，LDO电流源的设计成为当前电源技术领域的研究热点，具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用TMSC 0.6mm 5v器件模型，设计了一款常规的LDO线性稳压电流源，可输出高达1A的电流,它的组成

2、包括误差放大器（AMP），缓冲器（buffer），NMOS大功率管。作者首先详细的分析了LDO线性稳压电流源的基本结构及工作原理，然后根据其功能和性能指标参数的要求，在传统的LDO的基础上对LDO电路进行了改进，使之成为一个可输出电流最高为1A的电流源。修改其误差放大器的结构并增加了源极跟随器作为缓冲器，本文误差放大器采用的是PMOS输入对管的两级放大结构用以提高误差放大器的增益，同时也提高了功率管的电源抑制比（PSRR）。缓冲电路连接误差放大器和功率管器件，其作用在于利用尽量少的功耗驱动功率器件。负载电流可从0到1A变化本文仿真均采用Candence仿真工具完成，并将设计的预指标和仿真结果进

3、行对比分析。关键词：线性稳压电流源，误差放大器，最高电流1A ABSTRACTWith the rapid development of information science, power technology is becoming increasingly important. Low dropout linear regulator (LDO), small size, high power supply rejection ratio, power consumption, low noise, and application-side circuit is simple and o

4、ther advantages in a number of power by the peoples attention. In addition, the LDO also has a good linear transient response and load transient response, so that it occupies an important position in the field of portable, industrialization, and the automotive industry, such as PDAs, MP3 players, wi

5、reless phones, of DDR and other electronic equipment widely used. Therefore, the design of LDO current research in the field of power technology, has important theoretical significance and practical value.The using TMSC 0.6mm 5v device models, the analysis and design of a conventional LDO linear reg

6、ulator, it consists of the error amplifier (EA), buffer (buffer), the NMOS power tube. the linear regulator is used widely. The author first detailed analysis of the basic structure and working principle of the LDO linear regulator, and then according to the requirements of its functions and perform

7、ance parameters, tube together on the basis of traditional LDO power series structure, modify the structure of the error amplifier and source follower as a buffer, the error amplifier in this article uses a folded cascode structure improves the gain of the error amplifier, the use of NMOS as input p

8、ower tube power supply rejection ratio (PSRR) of The buffer circuit to connect the error amplifier and power management devices, its role is to take advantage of to minimize the power consumption of drive power devices. Because the parasitic capacitance of high power devices are generally large, so

9、the buffer circuit is not only the output impedance as low as possible, but must be able to charge and discharge the parasitic capacitance in order to ensure that the response rate when the load current from 0A to 500MA change the start time of approximately 100 s, the stability of the output voltag

10、e of 1.8V, the simulation results show that the improved LDO linear regulator has a good transient response and stable output.In this paper simulation Candence simulation tools to complete, and design of pre-indicators were analyzed, KEYWORD: linear regulator, error amplifier，Max current 1A第一章绪论- 4

11、-1.1国内外研究现状和发展趋势- 4 -LDO国内外研究现状- 4 -1.1.1LDO发展趋势- 5 -课题研究的意义- 6 -本文的主要内容- 6 -第二章线性稳压电流源理论概述- 8 -2.1 线性稳压电流源的基本结构- 8 -2.2各个模块的功能- 8 -（1）运算放大器- 8 -（2）缓冲器- 8 -（3）反馈网络- 9 -2.3线性稳压电流源的工作原理简介- 9 -第三章线性电流源各模块的设计与仿真- 10 -3.1 线性稳压电流源的整体设计- 10 -3.2.误差放大器设计与仿真- 10 -3.2.1总述- 10 -3.2.2 误差放大器仿真展示- 17 -3.3 缓冲器的设计-

12、 19 -3.4基准电压源的设计- 20 -3.4.1总述- 20 -3.4.2仿真结果- 23 -3.5 温度保护电路- 24 -3.5.1总述- 24 -3.5.2温度保护电路的工作原理- 24 -3.5.3 温度保护电路仿真结果- 26 -3.6PTAT电流- 27 -3.6.1总述- 27 -3.6.2 具体电路- 27 -3.7电流镜- 27 -3.7.1总述- 27 -3.7.2电流镜的种类- 27 -3.8. LDO线性稳压电流源整体电路仿真- 31 -3.8.1.DC直流扫描（横坐标为电源电压，纵坐标为输出电流）- 31 -3.8.2. 瞬态分析- 31 -第四章总结- 33

13、-参考文献- 34 -致 谢- 34 -翻译- 35 -第一章 绪论在高速发展的信息领域中，电源技术的地位显得越来越重要。无论是先进的计算机、无线通讯设备，还是汽车电子产品，都体现了电源技术的优越性。它已经成为当前集成电路产业发展中的一个热点，是一种必不可少的技术。现如今，基于电源技术设计的电子产品已经普及到人们的工作、生活的各个方面，其性能价格比愈来愈高，功能愈来愈强，市场竞争愈来愈激烈。1.1 国内外研究现状和发展趋势LDO国内外研究现状在国外，LDO线性稳压器采用NPN工艺进行设计逐渐呈现出衰退趋势，而采用PNP工艺还维持了一定的市场份额；采用PMOS工艺主要应用于8V以内；DMOS工艺

14、在脱落电压要求很高的领域：基于BCD工艺设计的LDO也开始了批量生产：许多LD0线性稳压器典型产品大都采用成本低的CMOS工艺实现。针对NPN和PNP双极工艺产生大的脱落电压和功耗的问题，国外做了大量的研究。修改传输器件结构或是采用PMOS、NMOS以及CMOS技术，在保持更低的功耗前提下，大幅度地降低脱落电压：当脱落电压降至600mV以内，LDO线性稳压器才真正进入低压差时代。然而采用双极和BiCMOS工艺技术设计的线性稳压器在军事和一些特殊应用领域依然具有其他LDO产品不可替代的优点，例如在具有较高功率要求但对脱落电压要求不高的领域以及在汽车电子、性价比高的领域具有一定的优势，保持着自己的

15、生存和发展空间。国外的许多LDO线性稳压器具有很优越的性能。在超小功率范围，例如奥地利微电子2008年推出的一款型号为ASl360低功耗LDO，其静态电流只需1.5uA。还有德州仪器(TI)的TPS76733，采用CMOS工艺设计，具有1.2-3.3V的可调输出电压，脱落电压为30mV40mA，而静态电流在40mA负载电流下只有20uA。在中小功率范围，脱落电压在500mV以下，输出电流从毫安级到安级已经很普遍，例如ADI的ADP3338和ADP3339两种anyCAP系列的LDO，其脱落电压为190mV1A。由此可见，国外电源IC设计公司在LDO线性稳压器设计方面是非常具有实力的。在国内，L

16、DO线性稳压器的开发还处于起步阶段，产品种类少，产量也小，而且大多数产品的性能差。目前国内自主研发及生产LDO线性稳压器的企业大约有300家，形成规模也不过十几家。虽然很多企业的LDO产品已占据了国内相当的市场，并且还有少量产品出口，但还是缺乏电路设计的核心技术，所以还需要把大量的精力放在LDO线性稳压器的研究和开发上。1.1.1 LDO发展趋势(1)电源寿命和效率最大化；电子产品中电池供电时间，已经成为消费者最为关心的性能之一。提高电池的寿命和延长电子产品的使用时间，是电源IC设计的重要趋势。预计在未来几年里，LDO线性稳压器的发展也将主要围绕这种趋势展开。(2)体积和成本最小化；在性能相同

17、的前提下，体积更小、成本更低的产品必然更具竞争力。为了减小体积，封装也是LDO线性稳压器要解决的难题之一。而缩减成本、提高利润一直是各个厂商的最终追求目标。换言之，LDO线性稳压器面临的关键任务之一就是如何使产品的性价比最大化。(3)电压提供多样化：现在的便携产品通常都会集成诸如视频、音频、照相、录像等多种功能。不同功能的实现都需要不同的供电电压，而且要求供电电压稳定、干净、可靠、高效。这就要求LDO具有台皂够提供多种输出电压的功能，并能有效地管理多种电压，并且使之互不干扰 (4)设计周期最短化市场竞争的日趋激烈和产品的快速更新换代使得企业不得不在尽可能短的时间内将产品推向市场以抢占先机。为此

18、，LDO线性稳压器的设计周期也从过去的1218个月变为6个月甚至更短。这使电源Ic设计人员将面临严峻的挑战。（5）对高输出电流和耐压的低功率电路的需求增加随着各种电子设备在工业领域的应用，对高输出电流和耐压的需求也越来越大，因此，这也促成了各种此类芯片的产生(6)数字电源和模拟电源的相互结合过去业内很多人认为，数字技术很快将争夺电源IC的主导权。但从用户的角度来说，只有当数字电源的成本等于或低于模拟电源时，用户才会考虑使用。如今的实际情况是，这两年中技术看起来正齐头并进，互为补充。相信在未来几年，两种技术相互结合，共同推动电源技术的发展。LDO线性稳压器也在这种驱使下出现了数字LDO技术。这种

19、技术是采用ADC和DSP取代误差放大器而实现，从根本上讲，它是数字单元与模拟LDO相结合的结果.课题研究的意义在电源IC中，一个重要的发展分支为DC/DC变换器。DC/DC变换器顾名思义就是将输入的直流电压转换成另一种输出稳定的直流电压。它是根据负载变化，调节内部电阻阻值而实现的，有时也称其为直流斩波器。DC/DC变换器根据传输功率管的工作方式，大致可分为线性稳压器和开关型稳压器两大类。开关型稳压器是一种离散系统，其内部的功率管工作在高频开关状态，导通电阻小。当流过较大电流时，消耗在功率管上的功率很小，电源效率很高，可达到85以上。有时也称它为“高效节能型电源”。现在已经成为稳压器的主流产品，

20、但是开关噪声大是它的致命缺点，大大限制了在低噪声、低纹波的模拟和射频领域的应用。而线性稳压正好相反，它是个连续系统。效率低、功率管发热量大、输出总小于输入是它的缺点，但它有良好的线性调整率、负载调整率、高电源抑制比、低噪声的优点，正好可以弥补开关型稳压器的不足。线性稳压器还因具有低的纹波电压而被广泛应用于对噪声、纹波要求很高的电子设备中。然而，它的低效率给它带来诸多不便。为了解决效率低的问题，低压降线性稳压器，简称“LDO”，就产生了，现已成为线性稳压电流源的主流方向。本文的主要内容为设计LDO线性稳压电流源，将首先着手于研究LDO线性稳压电源以及提高其稳定性能的方法，然后借助candence

21、设计电路及其模拟仿真。本文的主要内容如下：（1）电路设计的组成：系统架构选择电路指标参数确定完成整体电路设计说明功能电路设计（功率管选择、误差放大器、缓冲电路）电路仿真验证（前仿真）（2）设计要求单通道输出的LED恒流驱动器，内建功率管以及电流镜组件，可驱动高达1A的Sink电流可以通过调整外设电阻来任意设定输出电流的大小。芯片的输出端可承受40V高压，支持多颗大功率LEd串接应用。内建输出使能端，可以实现大功率LED的高灰阶应用内建过热保护电，保护功率管不会因为过热烧毁。内建LED开故障检测输出内建调光输入，用来控制输出电流的占空比，允许较宽的LED调光范，最大调光频率为1MHz。 第二章

22、线性稳压电流源理论概述LDO线性稳压电流源是利用工作在饱和区的功率管(通常被称为传输器件，通过电源电压减去基准电压的差值，并通过MOS管将电压转化为电流的的一种直流电流源，并可以通过调整电阻的大小来调整输出电流的范围。2.1 线性稳压电流源的基本结构LDO线性稳压电流源的基本结构如图2-1-1所示它由作为电流主通道的NMOS功率管，参考电压源，误差放大器，缓冲器反馈网络，电流镜网络组成；为了芯片的安全，可内置温度保护电路（图中未给出）图2-1-12.2各个模块的功能（1）运算放大器运算放大器将输出的反馈电压与基准电压进行比较放大，然后通过控制NMOS功率管的栅极，保持输出电压的稳定。本模块对传

23、统的误差放大器进行了改进，通过加入一个缓冲级，利用负反馈技术极大地减少了调整管的等效电阻，从而将该处极点提升至高频，有效地提高了环路的稳定性。（2）缓冲器 缓冲电路连接运算放大器和功率管器件，其作用是利用尽量少的功耗驱动功率器件，因为大功率器件的寄生电容一般都很大，所以缓冲电路不仅输出阻抗要尽量低，同时必须能对寄生电容进行充放电以保证响应速率，同时缓冲电路的输出电压必须够高，保证恩能够关闭功率管，同时还必须包含高输入阻抗低输入电容的特点，以减小对运算放大器的影响（3）反馈网络 反馈网络的作用是迫使运算放大器的正端和负端具有相同的电压，进而控制电阻两端的电压（4）功率管功率管通常也称为调整管，它

24、的主要作用是输入向负载提供大电流的通道2.3线性稳压电流源的工作原理简介LDO线性稳压电流源的工作原理是通过反馈作用调整通过电阻的电压，进而控制功率管的漏断电流。在图2-1-1中，参考电压与反馈端具有相同的电压，通过调整外接电阻的阻值来调整通过功率管的漏断电流，之后通过简单地电流镜复制作用，将电流复制至输出端。在这个过程中为了保证整个电路的稳定性，引入了过温保护电路，环境温度超过安全值时，内建使能端发挥作用，使整个电路处于关断状态；当环境温度低于安全值时，温度保护电路停止工作，进而使整个电路的工作恢复，继续输出电流。第三章 线性电流源各模块的设计与仿真本章我们将首先描述所设计的LDO线性稳压电

25、流源的整体架构，然后对关键子模块进行设计，并给出仿真结果。3.1 线性稳压电流源的整体设计 LDO线性稳压电流源的整体设计，按照功能的不同可以划分为以下几个模块：误差放大器模块，缓冲器模块，NMOS大功率管，电流镜模块，基准电压源模块，PTAT电流产生模块等。 线性稳压电流整体电路如下图 3-1-1所示 图 3-1-13.2.误差放大器设计与仿真3.2.1总述误差放大器作为LDO电流源的的关键模块，设计时需要满足环路增益和稳定性的要求。理想的误差放大器是： (1)高直流增益保证对所有的负载有着足够的环路增益，一般要大于70dB. (2)低输出阻抗，将调整管的栅极处的极点拉到高频 (3)合适的相

26、位裕度和高的和系统稳定性这里将采用PMOS输入对管的两级运算放大器，由于两级结构至少会有两个极点，相位偏移至少达到180因此使用密勒电容进行补偿，同时为增大相位裕度，在密勒电容钱串接一个电阻，来引入一个零点，增加相位裕度以提高系统的稳定性。偏置电路用电流源，是偏置不收电源的影响。因为，该误差放大器的负载为高压管，具有很高的漏端电容，于是在设计时的负载电容为20pF。此外，为了满足能在环境温度过高时电流源具有自我保护功能，需要在误差放大其中加入使能端。具体的电路图如图 3-2-1所示图 3-2-1 误差放大器结构图其中： M3/M4为PMOS输入对管， M0/M1为第一级差分放大器的负载管M2/

27、M12为第二级共源放大器M9/M6为内建电流镜管，为第一级差分放大器提供电流M10/M11为使能控制管，用来控制整个误差放大器的工作状态1、 直流分析直流功耗令，则 动态输出范围GND+Von2 Vout VDD-Von122、 交流分析第一级第二级开环直流增益其中KP=共模抑制比若M0与M1,M3与M4分别完全相同，则加共模电压是由对称性可知2,3节点电压变化相同，则第一级电路等效为图3-2-2图3-2-2 小信号电路等效为图3-2-3图3-2-3由图3-2-2可得第一级共模增益为两级运放的CMRR与第一级的CMRR相等,故有 单位增益带宽如图1 ,由于电容Cc在节点3引入的弥勒电容，使得节

28、点3与主极点相关，主极点为单位增益带宽为传输函数下面计算第二级的传输函数，如图3-2-4所示，是第二级的等效电路图，传输函数为故密勒电容Cc及电阻R0的引入，是第二级有一个零点，三个极点。零点的频率为对于极点，以R0 = 0 时的另个极点来近似，当R0 = 0时的传输函数为其中在时，两个极点分别为此外在第一级的有源电流镜负载的2节点存在一个镜像极点，为故两级运放的传输函数为图3-2-4相位补偿让传输函数中的零点抵消掉第二极点的相位影响，同时防止零点对幅度的影响，选择，于是 ,解得， 图 3-2-5则手工计算可得开环直流增益为取过驱动电压Von = 0.2V,则共模抑制比为 = 85dB偏置电流

29、为3.2.2 误差放大器仿真展示 DC直流扫描（横坐标为电源电压，纵坐标为EA输出电压）图 3-2-6AC交流分析从图 3-2-7可看出此误差放大器的增益大约为80dB。0db时相位为-87.5，则该相位裕度为PM=180+（-87.5）=92.5。图 3-2-7电源抑制比图 3-2-8由图 3-2-8可知误差放大器具有较高的电源抑制比，满足设计要求。共模抑制比图3-2-8当使能信号VH为低电平，VL为高电平时表明环境温度过高，M10/M11管导通，整个电路中其他管子开始工作在截至区，回路中的电流为零，即整个电路不工作，输出为零，起到保护整个电路的作用。3.3 缓冲器的设计 缓冲电路连接误差放

30、大器和功率管器件，其作用在于利用尽量少的功耗驱动功率器件。因为大功率器件寄生电容一般都很大，所以缓冲电路不仅输出阻抗要尽量低，而且必须能对寄生电容进行充放电以保证响应速率。缓冲电路必须包含带宽高、输出阻抗低、静态工作电流低、摆率高、摆幅大、输入阻抗高，输入电容低的特点。缓冲电路的输出电压摆幅必须够高，保证能关闭功率管，同时必须包含高输入阻抗低输入电容的特点，以减小对误差放大器的影响。因为本文设计的调整管是NMOS管又因为NMOS型功率管栅没有基极电流，所以普通的源跟随器结构就可以满足缓冲电路要求。设计电路图如下：图 3-3-1本文采用NMOS管构成了源极跟随器，参数设计为：(W/L)=6/1.

31、23.4 基准电压源的设计基准电压源是模拟电路设计中广泛采用的一个关键的基本模块。所谓基准电压源就是能提供高精度和高稳定度基准量的电源，这种基准与电源、工艺参数和温度的关系很小，但是它的温度稳定性以及抗造性能影响着整个电路系统的精度和性能，本次设计中需要一个稳定输出1.2V电压的基准电压源。这里我们先介绍基准电压源的国内外发展现状和趋势，然后详细介绍带隙基准电压源的性能指标，论述带隙基准源的基本原理以及基本机构。最后给出设计后的电路图和仿真结果3.4.1总述 基准电压源是指在模拟电路或混合信号电路中用作电压基准的具有相对较高精度和稳定度的参考电压源。它的温度稳定性以及抗噪性能能影响整个电路系统

32、的精度和性能。模拟电路使用基准源或者是为了得到与电源无关的偏置,或者是为了得到与温度无关的偏置,其性能的好坏直接应此昂电路的性能稳定,可见基准源是电子电路不可或缺的一部分,因此也可以说性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和关键的要求之一.1、国内外发展现状及趋势 近年来,国外对CMOS工艺实现的基准源做了大量的研究,发表了大量的学术论文.其中的技术发展主要表现在如下几个方面.（1、低电压工作的基准电压源SOC的主流工艺师CMOS工艺,目前5V(0.6m),3.3V(0.35m),1.8V(0.18m)等的电源电压已经得到了广泛的使用,随着手持设备对低电源的需求不断的增加,设计低压工作的电压

33、基准元成为了当前基准源研究的热点.由于创痛带隙电压基准源的带隙电压为1.2v左右，所以，对于电源电压低于1.2V的基准设计必须采用特殊的电路结构，许多文献都提到了输出基准电压低于1.2V的电路结构，采用这些电路结构后主要的工作电压限制通常来自于运放的工作电压，不同运放的电路结构和MOS管的衬底效应造成的高阈值电压是限制工作电压的主要因素。低温度系数的基准电压源 低温度系数的低压基准源对于要求精度高的应用场合比较关键，比如说对于高精度的D/A、A/D结构，高精度的电流源、电压源等，对于普通的一阶温度补偿的带隙结构的额温度系数一般在20-50ppm/，因此，设计低温度系数的电压基准源一般必须进行高

34、阶温度补偿。目前出现的高阶补偿技术包括二阶曲线补偿技术，指数曲线补偿技术，线形化VBE技术，基于电阻比值的温度系数的曲线补偿方法等。 （2）、传统CMOS带隙电压基准源本次设计采用传统CMOS带隙基准电压源基本原理介绍负温度系数电压双极晶体管的基极-发射极电压，或者更一般的说，PN结二极管的额正向电压，具有负温度系数。正温度系数电压两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极-发射极电压的差值就与绝对温度成正比。利用上面得到的正、负温度系数的电压，可以设计出一个令人满意的零温度系数的基准。我们有，这里是两个工作在不同电流密度下的双级晶体管的基极-发射极电压的差值。由于在室温下,而,故

35、我们令选择使得,也就是，表明零温度系数的基准为 图3-4-1给出了带隙基准源的电路原理图：图3-4-1这里假设基极电流可以忽略，晶体管Q2是由n个并列的晶体管单元组成，而Q1是一个晶体管单元。假设我们用某种方法强制Vo1和Vo2相等，那么,即，故有，这就意味着：如果,就可以作为与温度无关的基准。图3-4-2给出了带隙基准源的实际电路图3-4-2这里放大器以,为输入，稳定在近似相等的电压。基准电压可以在放大器的输出端得到。通过对上图的分析，我们有得到流过右边之路的电流为,因此输出电压为 为了得到零温度系数，必须使。这里我们选取n=24，带隙基准电压源的实际电路图3-4-3所示：图3-4-33.4

36、.2仿真结果仿真结果如图3-3-4所示：图3-4-4由图3-3-4可看出在环境温度从0-125变化时，基准电压源的输出从最大的1.1985变化到最小的1.1830，变化幅度约为15mV,符合设计要求。3.5 温度保护电路3.5.1总述随着IC芯片集成密度和工作电流的不断提高，功耗成为影响电路稳定工作的一个关键因素。由于耗散功率发散到周围环境中存在一定的热阻，必然导致芯片温度的升高。显然，输出功率越大，则耗散功率越高，芯片温升也越显著。通常，正偏PN结是芯片内温度最高的区域，当局部过热点超出150的上限时，就会引起PN热击穿而过流，进而产生热电相互问的正反馈作用，并最终导致芯片系统工作失效1。因

37、之，功率电路通常需要过流和温度保护。过流保护是对最大输出电流进行限制，预防过流带来过高的温度；对于温度保护，首先应检测温度，当最高温度超出极限范围时，即(时，产生使能控制信号，使输出功率管关断，进入系统关闭的保护模式，并保证温度不再继续上升。当温度回落到低温状态时，即()时，状态翻转，系统恢复到正常工作模式3.5.2温度保护电路的工作原理图3-5-1给出了温度保护电路的原型结构，利用PN结正向导通电压(on)近似一2 my的温度特性，可以实现精确的温度检测。在(25-150)温度范围内，125的温度跨度所对应的(on)变化近似为一250 mV，如图中曲线a所示。为电流模低压BGR提供的大小可调

38、(O.74V左右)的零温度系数带隙基准，如图中曲线b所示。曲线a与b的交点决定了临界转折点温度。显然,越小，交点位置越远，即温度越高. 与的比较先由PMOS差分输入误差放大,再由后级的CMOS反相放大器完成逻辑电平锁定和缓冲后输出。当过温发生时，输出管Vg电位被上拉至高电位，系统关闭.温度保护的迟滞特性是为避免因温度小范围的上下波动而造成系统频繁关闭和开启而设计的，电路中通过电阻R0和M7管的配合以实现迟滞功能.常温下因较小,M7受低电平信号控制而不起作用，此时R0参与分压作用。当温度上升致使比较器状态翻转，则M7导通，R0作用被屏蔽，使得M4输入端电压更低，进一步维持了翻转后的输出关闭状态.

39、系统停止工作一段时间后,温度逐渐下降,由于此时等效于曲线a整体下移，a与b的交点前移，当达到时，再次发生翻转，重新进入正常工作模式。显然，电阻R0上的电压降对应于温度的迟滞量T。设Qn管感应支路的偏置电流为，应有其中=一2 mv为的负温度系数，则有：若管偏置电流限制在100nA，R0取300K，则计算得到的温度迟滞量为22.5温度保护消耗额外的静态电流，因此需要采用低功耗设计来减轻系统的负担，基于图1所示的原理，可将PMOS查分结构改为单级共源放大结构，并引入源自基准和的稳定偏置来限制总的静态电流，图2中横向PNP管提供感应电压，同时又作为倒相放大管。 图3-5-1具体电路如下所示图3-5-2

40、 基于LPNP的温度保护电路3.5.3 温度保护电路仿真结果对上述电路进行ADE温度仿真，将温度设置为从0-150之间变化，可以得到，如下的仿真波形： 图 3-5-3从图3-5-3中可以看到，当环境温度大于126时，温度保护电路的输出端放生跳变，输出使能信号。进而使整个系统处于关断状态，起到过温保护的作用。图 3-5-4图3-5-4展示出了此温度保护电路的迟滞特性。从图中可以看出，此温度保护电路的迟滞温度为22.53.6 PTAT电流3.6.1总述在带隙基准电路的分析中，我们可以注意到双极型晶体管的偏置电流实际上是与绝对温度成正比的。PTAT电流在许多应用中是很有效的。3.6.2 具体电路图

41、3-6-13.7 电流镜3.7.1总述在模拟电路中,电流镜的设计师基于对基准电流的精确”复制”,其前提是已经存在一个精准的电流源可供使用.电流镜作为CMOS模拟集成电路的主要基本电路单元之一,广泛的应用于各种模拟集成电路设计中.3.7.2电流镜的种类电流镜根据结构的不同,可分为基本电流镜,共源共栅电流镜的几类基本电流镜 图3-7-1图3-7-1给出了电流镜的原理图.具体电路如图3-7-2所示 图 3-7-2在忽略沟道长度调制效应是,该电路可以按比例复制电流于是得到该电路可以精确地复制电流而不受工艺和温度的影响,Iout只与Iref和器件尺寸的比率决定.当上述电路虽然结构简单,但却有一个很大的缺

42、点,即当考虑沟道长度调制效应时,此电流镜会产生很大的误差因此有由上式可以看出,复制电流会产生较大的误差.共源共栅电流镜为了抑制公道长度调制的影响,可以采用共源共栅电流镜,共源共栅结构可以使地步晶体管免受的影响共源共栅结构的电路图如图 3-7-3所示图 3-7-3在上述电路中选择器件使则有 , 于是便可以消除沟道长度调制效应的影响.单由于引进了多余的管子,共源共栅电流镜会消耗更多的电压裕度.整体电路图如图3-7-4所示图 3-7-43.8. LDO线性稳压电流源整体电路仿真3.8.1.DC直流扫描（横坐标为电源电压，纵坐标为输出电流）图 3.8.1 DC直流扫描波形3.8.2. 瞬态分析（1）电

43、源电压变化（0V - 5V）图 3.8.2 tran分析扫描波形上图为输出电压，下图为电源电压，由图可知在电源电压变化时输出电流稳定在1A，满足设计的要求。（2）负载电阻变化（1201K）图 3-8-3 输出电流随电阻变化第四章 总结 线性稳压电流源的设计虽然简单，却也是个系统。结果实现出来不难，但想得到更好的电路稳定性却不是件容易的事。需要涉及很多方面的知识，同时需要深入理解并具有扎实的功底。提高性能的过程是对个人能力的一大挑战，跳出已有的框架，不再局限于有限的折中，而是寻求更高性能的结构来代替之前的结构，而这需要具备更加深厚的功底和对电路更深刻的认识。基础很重要，基础不是只看书做题就能打好

44、的，还要实践，边搭建电路边研究理论，然后再用于实践，这是一个反馈的过程。通过做可以使自己的理论水平上升一个层次，同时发现自己的薄弱之处，有利于今后继续研究和发掘。有时候做出一样东西不难，想做好却很难。要追求高性能，我不得不去深入了解其深层次的原理，如反馈，功率管特性等等。我不得不利用更加复杂的电路和理论来实现预期目标，需要有更高的能力去支配这些越来越复杂的电路和系统。形成对电路的直观及微观的认识很重要，要形成直观认识是一个漫长的过程，它基于个人的理论水平和积累的经验。这种能力的实质就是在对电路本质理解的基础上，突出主要矛盾和关键因素的作用和影响，忽略次要因素的作用，通过基本模型的简捷分析计算，

45、实现电路的基本性能指标要求，并通过仿真和验证，获得在限定条件下最优的性能实现。深入地分析研究电路，转化为一种思想，提取出一种解决问题的思路，抽象成一种更加普适的规律。要善于分析归纳总结积累，只有这样，才能有创造，否则只是无谓地堆砌和COPY。提高模拟电路设计的水平，关键在于学会思考与联系，而不仅仅局限于简单的理解，必须学会思考电路的方式，思考的结果是原理的发现和应用，进一步的思考便会发现缺陷和不足，深入地思考将发现类似结构之间的相互关联和区别，进而提出改进思路，改进结构，甚至是完全崭新的原理。总之，不断思考的结果是使设计能力不断的进步。拥有同时还要养成良好的思考习惯，不仅可以达到事半功倍的效果

46、，还能为知识的积累提供扎实的基础，而这又是作为一个电子工程师所必须具备的基本素质，不管是对以后的工作和学习都将起到积极的作用。参考文献1美R. Jacob Baker 著. 陈中建 等译 . CMOS电设计.布局与仿真 . 第一版. 北京：机械工业出版社. 2006年2美 Alan Hastings 著. 张为 等译 . 模拟电版图的艺术 . 第二版 . 北京：电子工业出版社 . 2007年3美毕查得.拉扎维 著. 陈贵灿 等译 . 模拟CMOS集成电设计.第一版.西安：西安交通大学出版社 . 20034 美 温德尔 著，谢运祥，王晓刚 译. LED驱动电设计. 北京：人民邮电出版社.2009

47、年5 Gabriel Alfonso Rincn-Mora, Ph.D. 著 Analog IC Design With Low-Dropout Regulators . USA ：The McGraw-Hill Companies,Inc . 20096 CNSP-DD311 Datasheet、致 谢此次的毕业设计让我学到了许多东西，作为一个模拟IC电路的入门者，能够完成这个电路的设计我感到十分的高兴。在论文完成之前。首先我要感谢我的指导老师黄炜炜老师，在完成这次毕业设计上黄老师给了我很大的帮助，他个人对于学术严谨的态度以及诲人不倦的教学态度给了我很大的触动，黄老师曾多次不辞辛劳地亲自为我

48、讲解各种我不明白的问题，并不断地启发我对问题的看法，让我能够静下心来认认真真完成整个电路的设计。在完成论文的过程中，他给我提供了非常有用的参考资料，并在每个阶段都提出值得我思考的建议，引导我使用更方便、正确的分析方法来解决问题。同时我也要感谢在设计过程给我帮助的杨博新同学，他也在各个方面给与了我巨大的支持和帮助，并不断地耐心的给我讲解一些基本的问题，使我获益匪浅。然后，我要感谢华侨大学对我四年的培养。感谢曾经教育和帮助过我的所有老师。是你们让我的大学生涯更加完整，你们身后的学术功底和高尚的品质将指导我在今后的人生道路上走得更好，同时衷心感谢百忙之中抽出时间参加论文评阅和论文答辩的各位老师，感谢

49、他们为审阅本文所付出的辛勤劳动。最后，我要感谢自己的父母和亲朋好友，他们在我完成毕业设计的过程中也给与了我巨大的支持，希望他们的事业和生活更加顺心美好。翻译A Low Voltage CMOS Bandgap Reference without Using an OpampEdward K.F. LeeAlfred Mann Foundation, 25134 Rye Canyon Loop, Suite 200, Santa Clarita, CA, USA ABSTRACTA simple low voltage CMOS bandgap voltage reference that does not require an opamp is proposed. The major advantage of this design is in its low current consumption. Most of the total current consumption in the circuit is used for generating the output voltage. To improve the line regulation as well as the robustnes