一种低静态电流瞬态增强的无电容型LDO设计

基于推挽式结构能提高运算放大器压摆率的特性,设计了一款静态电流低、内含推挽式AB类放大器的无电容型低压差线性稳压器(LDO)。通过优化,改善了LDO的瞬态响应性能,与传统的LDO相比,所提出的无电容型LDO的静态电流明显减小。采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺模型,利用Cadence工具对电路进行仿真验证。仿真结果表明,当输入电压为1.4~4 V时,优化后LDO的输出电压为1.2 V,静态电流为5.2 μA,最大负载电流达到100 mA,线性调整率为0.016%,负载调整率为0.67%,下过冲为157 mV,上过冲为121 mV,建立时间为1.5 μs。优化后电路瞬态响应性能改善了约50%,版图面积约为0.017 mm²。     

一种基于摆率增强的快速瞬态响应LDO电路北大核心

设计了一种基于摆率增强的快速瞬态响应无片外电容LDO电路。其中，误差放大器采用电流镜跨导结构，降低了频率补偿的难度系数；设计了一种可以为功率管栅极提供额外充放电电流的瞬态提升电路(TEC),能快速响应负载的变化，增大摆率，有效提升了负载瞬态响应。仿真结果表明，电路仅使用简单的密勒密勒补偿，即可实现相位裕度在全负载范围内大于60°;在0.5μs的时间内，负载在100μA和100 mA之间发生跳变，电路的下冲电压和过冲电压分别是69 mV和64 mV,稳定时间分别是0.89μs和0.86μs。相较无TEC,本文电路的下冲/过冲电压分别衰减73%和78%,负载瞬态响应显著提升。     

一种低静态电流瞬态增强型无片外电容LDO

低压差线性稳压器（LDO）具有低功耗、瞬态响应性能好、电源噪声抑制比高、结构简单等优势,被广泛地应用在物联网、生物医疗、便携式设备等领域。无片外负载电容型LDO无需外接大容量负载电容,易于片上集成,是当前LDO技术发展的主要方向之一。但是,随着等效电容的减小,无片外电容型LDO在设计上难以同时满足低静态电流和高瞬态响应的要求。本文基于低静态电流优先的设计思路,采用SMIC 180 nm CMOS工艺设计了一种具有双向动态偏置推挽级误差放大器的瞬态增强型无片外电容LDO,仅需微安级的静态电流即可实现高压摆率并足以驱动调整管。在此基础上,该LDO采用基于衬底偏置效应的瞬态增强电路,在无需消耗额外功率和引入旁路电容的同时,进一步降低了输出端过冲电压幅度,在实现低功耗的同时提升了整体瞬态响应性能。仿真结果表明,设计的LDO在1.2 V电源电压下可以获得稳定的1 V输出,在1 kHz下,其电源抑制比达到了-72 dB;当负载电流在50μA～100 m A区间时可实现1.69μA的静态电流、0.019 mA/mV的负载调整率、2.5μs的恢复时间和小于200 mV的过冲电压。     

一种瞬态增强的无片外电容LDO设计

基于SMIC 0.18 um BCD工艺,采用自适应功率管技术和直接电压尖峰检测技术,设计了一种瞬态响应增强的无片外电容低压差线性稳压器。瞬态增强电路采用对称的频率补偿网络提高功率管瞬时摆率,抑制下冲;采用PMOS管组成的电荷泄放通路减小系统瞬时输出阻抗,抑制上冲。仿真结果显示：输入电压为3.5～4.5 V、漏失电压为100 m V时,系统最大输出电流为100 m A;线性调整率为0.04 mV/V,负载调整率为7.33 mV/A。负载电流在0～100 m A@1 us跳变时,上冲、下冲电压小于130 m V,建立时间小于1 us。     

一种瞬态增强的无片外电容LDO设计

针对无片外电容型低压差线性稳压器(LDO)瞬态响应差的问题,基于40 nm CMOS工艺设计了一种带瞬态负载变化感知的无片外电容型LDO电路。采用有源前馈频率补偿,实现了电路稳定;瞬变检测电路感应负载的变化,为功率管栅极提供充、放电通路,减弱了输出电压波动。仿真结果表明,负载电流在0~100 mA范围内,该LDO的输出过冲电压和下冲电压分别为100 mV和140 mV,稳定时间在1 μs以内。全负载电流范围内,瞬态性能大幅提升。     

一种快速瞬态响应无电容型LDO的设计

基于标准0.35 μm CMOS工艺,提出一种快速瞬态响应的高稳定性LDO,其中包括带瞬态增强的类密勒补偿电路。带瞬态增强的类密勒补偿方式具有补偿方便、功耗较低等优点。根据该结论,使用带瞬态增强的类密勒补偿电路可以实现LDO的快速瞬态响应和宽负载宽电压下的环路稳定。采用Cadence EDA工具Spectre进行仿真,结果表明:在整个电压和负载变化范围内,环路增益至少为60 dB,相位裕度至少为75.8°,环路稳定;负载从10 μA跳变至200 mA(tr=1 μs)时,输出上冲/下冲电压小于100 mV,建立时间为1.4 μs;电源电压抑制比(PSRR)约为70 dB@1 kHz;负载调整率为7.75‰,线性调整率为0.7‰,静态功耗约为60 μA。     

一种快速瞬态响应的无片外电容型LDO电路设计

本文基于SMIC65 nm工艺,设计了一款快速瞬态响应的无片外电容型低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO).采用高增益跨导结构(OTA)的误差放大器,利用局部共模反馈结构(CFRFC),增加了放大器跨导率,提高了放大器的直流增益.同时,引入一个由电容耦合电流镜构成的瞬态检测电路,取代了传统LDO电路中的大电容,便于检测输出的跳变,增大对功率管的充放电能力,提高了环路瞬态响应速度,降低LDO环路的上/下冲电压.缓冲级采用了带电压负反馈的源级跟随器,在一定的静态功耗下,提高了动态电流,将次级点推到更高的频率,提高了电路相位裕度.仿真结果表明,输入电压为2～3 V时,该电路输出为1.2 V,最大负载电流为100 mA;当负载电流在0～100 mA时,LDO输出的最大过冲电压和欠冲电压为23 mV和27 mV,并且在低频时有较高的电源抑制比.     

一种快速瞬态响应的无片外电容型LDO

设计了一种快速瞬态响应的无片外电容型LDO。采用高增益高带宽的超级跨导结构(STC)的误差放大器,利用动态偏置技术与电容耦合技术,极大地增强了摆率。引入额外的快速响应环路,进一步提升了瞬态响应速度。基于0.18 μm CMOS工艺进行设计。结果表明,该LDO的最低供电电压为1 V,漏失电压仅为200 mV,可提供最大100 mA的负载电流,能在最大输出电容为100 pF、最低负载为50 μA的条件下保证电路稳定。负载电流在0.5 μs内由50 μA跳变至100 mA时,LDO输出导致的过冲电压和下冲电压分别为200 mV和306 mV。     

一种快速瞬态响应的无片外电容LDO

设计了一种快速瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器(LDO)。采用具有摆率增强作用的缓冲级电路,可以在不额外增加静态电流的同时检测输出端电压,在负载瞬间变化时增大功率器件栅极电容的充放电电流。缓冲级电路还引入了简单的负反馈技术,增加了环路的相位裕度。采用SMIC 180 nm的CMOS工艺进行设计和仿真。仿真结果表明,当输入电压为1.4~5 V时,该LDO的输出电压为1.2 V,最大负载电流为300 mA; 负载电流在1 mA和300 mA间变化时,最大过冲电压为76.5 mV,响应时间仅为1.5 μs。     

一种瞬态增强无片外电容LDO电路

基于CSMC 0.18 μm工艺,设计了一款瞬态增强的无片外电容LDO。设计误差放大器时,采用改进的第2级放大器提高功率管栅端的充放电速度,从而提高瞬态响应。采用嵌套密勒补偿方式来保证LDO的稳定性。仿真结果表明,输入电压为2~4.5 V时,LDO的输出电压为1.8 V,负载电流在1~300 mA之间具有良好的稳定性,响应时间为1.4 μs,最大过冲电压为84 mV。     

一种适用于SoC的瞬态增强型线性稳压器

为满足SoC系统负载快速变化的要求,提出了一种新型摆率增强型片上LDO系统。通过增加有效的内部检测电路,使LDO的功率管栅极电压可以快速地响应输出负载跳变,提高电路响应速度。采用中芯国际40 nm CMOS工艺模型,对电路进行仿真。仿真结果表明,当LDO的负载电流以100 mA/μs跳变时,电路的最大上冲电压为110 mV,下冲电压为230 mV,恢复时间分别为1.45 μs和1.6 μs。同时,在2 V电源电压下,电路的静态电流只有42 μA。     

无片上电容的负载瞬态响应增强型LDO

提出了一种无片上电容的低压差线性稳压器(LDO),通过增加转换速率增强电路,对LDO输出电压的变化进行探测,从而对误差放大器偏置电流进行补偿,达到改善负载瞬态响应的目的。该LDO基于0.18 μm CMOS工艺设计,输出电压为1.2 V,最大负载电流为100 mA。仿真和测试结果表明,该LDO的瞬态负载响应改善明显,具有较好的低功耗特性,在保证电路稳定性的前提下,大大减小了芯片的面积。     

一种瞬态响应增强的片上LDO系统设计

分析了传统LDO提高系统稳定性及瞬态响应的局限性,提出了一种片内集成补偿技术。该技术无需外挂电容和等效串联电阻(ESR),即可使系统在全负载范围内保持稳定,并具有良好的纹波抑制能力。仿真结果表明,系统空载时静态电流为46μA,且能提供200mA的最大负载电流,低频电源抑制比达到-65.6dB,启动时间只有16μs,在输出电容为10pF、负载电流以200mA/2μs突变时,最大下冲电压为120mV,上冲电压为160mV。     

一种具有瞬态增强的无片外电容型LDO

提出了一种稳定性高、瞬态特性良好、无片外电容的低压差线性稳压器(LDO)。采用推挽式微分器检测负载瞬态变化引起的输出电压变化,加大对功率管栅极寄生电容的充放电电流,增强系统的瞬态响应能力;在误差放大器后接入缓冲级,将功率管栅极极点推向高频,并采用密勒电容进行频率补偿,使系统在全负载范围内稳定。基于TSMC 65 nm CMOS工艺进行流片,核心电路面积为0.035 mm²。测试结果表明,最低供电电压为1.1 V时,压降仅为100 mV,负载电流1 μs内在1 mA和150 mA之间跳变时,LDO的最大输出过冲电压与下冲电压分别为200 mV和180 mV。     

一种快速瞬态响应型自启动LDO的设计

设计了一款适用于高压电源芯片的无片外电容快速瞬态响应型自启动低压差线性稳压器(LDO)。该LDO与芯片内部基准电路形成自供电自偏置环路,节省了芯片面积,适用电压范围为3.6～16.0 V,输出电压为5.10 V,具有功耗低、带宽宽等特点。电路采用Hspice进行仿真验证,在典型工艺角下,负载电流经100 mA/μs突变时,输出电压突变量最大为98 mV;在两种极端工艺角下,输出电压突变量最大为111 mV。环路特性仿真验证表明,该LDO带宽为3.6 MHz,3 dB带宽为2.5 MHz,相位裕度约75°,片内补偿电容仅3 pF。     

基于双环调节的快速瞬态响应无片外电容LDO

基于双环路控制构建推挽结构,增强了功率管栅端的摆率,改善了无片外电容LDO的瞬态响应。此外,结合A类复合放大器特性,降低了功率管栅端阻抗,有利于提升LDO的频率稳定性。该LDO输入电压范围为2.0~3.5 V,输出电压为1.8 V,最大负载电流为100 mA。当负载电流在1 μs内从100 μA跳变到100 mA以及从100 mA跳变到100 μA时,最大下冲电压为128 mV,最大上冲电压为170 mV,建立时间分别为2.5 μs和2.4 μs,电路工作时消耗的静态电流仅为12.6 μA。     

无电容型LDO的研究现状与进展

无电容型低压差线性稳压器(LDO)除具有低噪声和高精度的特点外,还具有便于SoC系统集成和低应用成本的优点.与传统LDO相比,无电容型LDO无法利用输出电容的ESR补偿零点,也无法使输出电容在负载电流瞬态变化时为其提供充放电电流,从而在稳定性和瞬态特性上遇到巨大挑战.分析讨论了无电容型LDO的设计挑战;回顾了无电容型LDO在提高稳定性和改善瞬态特性上的最新研究成果.