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瞬态增强低压差线性稳压器的研究与设计

瞬态增强低压差线性稳压器的研究与设计

作者：王梨力重庆邮电大学

学位级别：硕士

低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator,LDO）具有低噪声、低功耗、电路结构简单等特点,已成为电源管理芯片的重要成员。随着片上系统发展,无片外电容LDO已成为电源管理芯片的重要趋势之一。基于此,本文采用SMIC 0.18μm CMOS工艺研... 详细信息

低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator,LDO）具有低噪声、低功耗、电路结构简单等特点,已成为电源管理芯片的重要成员。随着片上系统发展,无片外电容LDO已成为电源管理芯片的重要趋势之一。基于此,本文采用SMIC 0.18μm CMOS工艺研究设计一种无片外电容的瞬态增强LDO。主要包括以下内容:首先,在分析传统带隙基准电压源的基础上,设计了一种曲率补偿的带隙基准电压源,给出了一种分段补偿的带隙基准电压源。仿真结果显示,本文设计的分段补偿带隙基准电路的温度系数为0.4ppm/°C,在低频处获得了-93.7d B的电源抑制比。其次,分析了LDO的误差放大器结构,根据设计需求确定了两级误差放大器的结构。在分析传统的三级运算放大器的频率补偿技术基础上,给出了一种零-极点追踪补偿与密勒补偿相结合的LDO结构。仿真结果显示,当负载电阻为16Ω时,所设计的LDO的环路低频增益为101d B,相位裕度为89°;负载电阻为16kΩ时,所设计的LDO的环路低频增益为124d B,相位裕度为55°。最后,在分析LDO的瞬态响应特性基础上,给出了一种基于比较器的瞬态增强电路;同时,研究设计了适用于LDO的过温保护电路和过流保护电路,给出了一种无片外电容的瞬态增强LDO系统结构。仿真结果显示,无片外电容的瞬态增强LDO系统的输出电压为1.6V,最大负载电流为100m A,漏失电压约200mV,温度系数为15.1ppm/°C,线性调整率为1.89mV/V,负载调整率为0.556mV/A,低频处电源抑制比达到了-72.6d B。当负载电流在轻载和重载之间瞬态变化时,LDO系统的恢复时间分别为3.48μs和11.51μs,下冲电压为396mV,上冲电压为200mV。

关键词：低压差线性稳压器带隙基准零-极点追踪补偿瞬态增强

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一种具有瞬态增强的无片外电容型LDO

微电子学 2023年第4期53卷 608-613页

作者：周玉成廖德阳马磊桑磊黄文合肥工业大学微电子学院合肥230009 昆山睿翔讯通通信技术有限公司江苏昆山215300

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... 详细信息

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 mm^(2)。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1μs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。

关键词：低压差线性稳压器无片外电容频率补偿瞬态增强

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一种带瞬态增强电路的无电容型LDO

微电子学 2012年第1期42卷 54-57,62页

作者：李江昆杨汝辉杨康祝晓辉甄少伟罗萍电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

设计了一种可用于SOC片内供电的新型瞬态增强无电容型线性压差调整器电路。相对于需要由误差放大器、缓冲器和反馈网络三级结构构成的传统LDO,该设计在简单的一级单管控制结构上增加了摆率增强电路(SRE)来实现瞬态响应增强,可以更容易... 详细信息

设计了一种可用于SOC片内供电的新型瞬态增强无电容型线性压差调整器电路。相对于需要由误差放大器、缓冲器和反馈网络三级结构构成的传统LDO,该设计在简单的一级单管控制结构上增加了摆率增强电路(SRE)来实现瞬态响应增强,可以更容易地进行频率补偿,在简化设计过程的同时,保证了较快的响应速度。

关键词：无电容型LDO 瞬态增强摆率增强

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一种适用于SoC的瞬态增强型线性稳压器

微电子学 2016年第2期46卷 211-214,223页

作者：张琪胡佳俊陈后鹏李喜王倩范茜金荣宋志棠中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050

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40nm CMOS工艺模型,对电路进行仿真。仿真结果... 详细信息

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40nm 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100mA/μs跳变时,电路的最大上冲电压为110mV,下冲电压为230mV,恢复时间分别为1.45μs和1.6μs。同时,在2V电源电压下,电路的静态电流只有42μA。

关键词：瞬态增强线性稳压器片上系统

一种低静态电流瞬态增强的无电容型LDO设计

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微电子学 2015年第1期45卷 36-40页

作者：池上升胡炜樊明辉许育森福州大学物理与信息工程学院福建省集成电路设计中心福州350003

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 ... 详细信息

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 0.18μm 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1.4~4V时,优化后LDO的输出电压为1.2 V,静态电流为5.2μA,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157mV,上过冲为121mV,建立时间为1.5μs。优化后电路瞬态响应性能改善了约50%,版图面积约为0.017mm2。

关键词：低静态电流无电容型LDO 瞬态增强

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一种低功耗瞬态增强型无片外电容LDO设计

一种低功耗瞬态增强型无片外电容LDO设计

作者：王超华中科技大学

学位级别：硕士

低压差线性稳压器（LDO）能够提供稳定的、几乎无纹波的输出电压,同时因为它结构简单,输出噪声小,良好的稳压和快速瞬态响应性能等优点,在现代电源管理单元中有着举足轻重的作用。如今电子产品正朝着集成化的方向发展,因此近年来的大多... 详细信息

低压差线性稳压器（LDO）能够提供稳定的、几乎无纹波的输出电压,同时因为它结构简单,输出噪声小,良好的稳压和快速瞬态响应性能等优点,在现代电源管理单元中有着举足轻重的作用。如今电子产品正朝着集成化的方向发展,因此近年来的大多数研究集中在应用于片上系统（So C）方案的无片外电容LDO上。无片外电容LDO设计面临的稳定性和瞬态特性两大难点是当下研究热点,本文针对两大难点设计了一种低功耗瞬态增强型无片外电容LDO。由于是无片外电容,本文采用了带缓冲级频率补偿电路和米勒补偿等措施,对系统稳定性进行补偿。带缓冲级频率补偿电路作为误差放大器和Pass管的中间级不仅可以降低误差放大器的负载,而且能够驱动Pass管来改善瞬态响应特性。缓冲级由于有低输出阻抗的特点,能够将Pass管栅端极点推向高频,因而使得系统更加稳定。同时缓冲级也改善了Pass管栅端的压摆率（Slew Rate）,对LDO的响应速度有一定的改善。在Pass管栅端加入了瞬态增强电路,该电路改善了LDO在负载跳变时的瞬态性能。在输出端加入了正瞬态检测（PTD）电路,该电路能够显著地衰减负载陡降导致的电压尖峰,减小瞬态响应过程中产生的过冲电压量。由于上述频率补偿和瞬态增强措施,误差放大器采用一级跨导运算放大器结构,用较小的偏置电流以获得足够的增益,同时实现了低功耗。基于Hua Hong Grace 0.11μm 5.5V CMOS工艺设计的低功耗瞬态增强型无片外电容LDO电路,电源电压范围是1.8V-5V,输出电压是1.6V,负载在50μA-100m A范围内系统都可以稳定。当负载电流以99m A/μs跳变时,过冲电压最大为85m V,欠冲电压最大为92m V,恢复稳定时间为4.73μs。在空载情况下,系统电流消耗约为66μA,而在负载为满载100m A的情况下,系统消耗的功耗为67μA。

关键词：带隙基准跨导运算放大器正瞬态检测瞬态增强缓冲级

视频图像亮度与色度瞬态增强的算法研究及硬件实现

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视频图像亮度与色度瞬态增强的算法研究及硬件实现

作者：徐飞中国海洋大学

学位级别：硕士

数字视频后处理技术包括图像格式转换与图像增强两个部分，它是在数字业务多样性基础上提出来的数字处理技术。图像格式转换可以将多种视频输入信号统一转换为适合数字电视输出的信号。图像增强可以实现画质增强，提高图像的观赏效果。... 详细信息

数字视频后处理技术包括图像格式转换与图像增强两个部分，它是在数字业务多样性基础上提出来的数字处理技术。图像格式转换可以将多种视频输入信号统一转换为适合数字电视输出的信号。图像增强可以实现画质增强，提高图像的观赏效果。图像增强主要包括亮度瞬态增强、色度瞬态增强、亮度峰化、伽马校正、肤色校正等。其中，图像亮度瞬态增强和图像色度瞬态增强是图像增强的主要研究对象，对画质增强有着重要作用。图像增强的基本原理都是增强某些有用信息抑制部分无用信息，使人眼观看图像时更加清晰。在图像传递过程中，由于中、高频分量的损失及孔阑效应的影响，会使亮度、色度信号在传送后有一定的延迟并且造成图像细节模糊、轮廓不清，同时传送接收端对所传送图像实现变频接收，也会造成图像模糊不清。尤其在色度瞬态增强处理中，由于色度信号采用亚采样技术采样，采样率在水平方向上只是亮度信号的一半，受带宽限制，亮度信号的边沿比色度信号的边沿更加陡峭。相比于亮度信号，色度信号的延迟性更加突出。亮度、色度瞬态增强的基本原理就是减小图像亮度、色度过渡带。常见的亮度、色度瞬态增强算法包括：叠加勾边法与移位法。传统型亮度、色度瞬态增强算法虽然可以实现亮度、色度瞬态增强，但是图像处理后会出现非预期的模糊点和冲点，实现效果差。本文提出了一种改进型的亮度、色度瞬态增强算法，将图像滤波去除高斯噪声，利用九抽头滤波器求得初始勾边信号，同时加入高频判断防止在亮度或色度变化过快处处理信号，根据亮度或色度值大小生成实时增益信号，最后过冲处理去除冲点。本文在改进型亮度、色度瞬态增强算法的基础上详细阐述了硬件实现方法。介绍了各个模块的功能与实现方法，通过Verilog HDL硬件描述语言设计，并利用Moldesim仿真工具对所有模块及整个系统进行仿真。仿真结束后使用QuartusⅡ可编程开发软件对整个设计进行综合，利用DE2-70FPGA开发板将结果输出到显示器上观测显示效果。结果证明，此设计完全符合预期要求，实现效果比传统型算法好，达到了画质亮度、色度的瞬态增强。

关键词：亮度色度瞬态增强模拟仿真硬件实现

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一种具有瞬态增强功能的Buck电路设计

一种具有瞬态增强功能的Buck电路设计

作者：尚泽元华中科技大学

学位级别：硕士

相比于传统的线性稳压器,开关电源电路因其所能达到的更高效率与更广的输出电压范围得到了广泛的使用。Buck电路作为降压型开关电源拓扑的一种,具有输出电压纹波小,工作效率较高的优点。由于恒定频率的Buck电路在稳定状态下能够提供较... 详细信息

相比于传统的线性稳压器,开关电源电路因其所能达到的更高效率与更广的输出电压范围得到了广泛的使用。Buck电路作为降压型开关电源拓扑的一种,具有输出电压纹波小,工作效率较高的优点。由于恒定频率的Buck电路在稳定状态下能够提供较小的纹波与更加稳定的输出电平,因此在对供电电压稳定性有一定要求的电子产品中受到了广泛的应用。然而峰值电流模式PWM调制的Buck电路其电压环路带宽受限于开关频率,导致响应速度相较于电流环环路来说过慢,应对大的负载跳变时无法及时调节功率级电路功率输出,使得输出电压出现大的波动,影响了输出电压的稳定供电。针对恒定频率Buck电路的瞬态增强设计成为一种减小电压过冲的有效手段,也因此成为开关电源设计的研究热点之一。在此背景下,本文针对快速的负载跳变响应带来的过冲现象,设计了一款具有瞬态增强功能的Buck电路。本文设计电路输入电压为6.5V,输出电压典型值3.3V,负载电流范围0～1A。本文首先分析了PWM峰值电流模式Buck电路的环路小信号模型并设计频率补偿网络。介绍了非线性环路控制的概念,而后重点分析了本文所设计的非线性环路减小输出电压波动的原理并以本文基本环路为例计算了预期效果,根据分析设计瞬态增强功能的触发条件与持续时间。通过对电路毛刺电压的影响进行了时域分析,设计了能够有效衰减毛刺信号与高频噪声的带通滤波器。最后以理论分析为基础设计了所需电路并实现整体电路功能。基于上述分析,本文电路采用了HG0.35BCD工艺,使用Virtuoso软件搭建了整体电路系统并进行仿真验证。分别对基本环路与加入了瞬态增强功能的环路应对负载跳变时的过冲现象进行了仿真与结果对比。仿真结果表明,对于本文轻载应用下的传统Buck电路环路,加入了瞬态增强功能后其下冲减小为原有大小的43%,上冲减小为原有大小的61.5%,有效减小了负载跳变时的电压波动,完成了设计目标。

关键词： DC-DC转换器峰值电流模式非线性环路瞬态增强

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无输出电容的瞬态增强NMOS LDO

微电子学 2017年第4期47卷 505-509页

作者：陈文凯李斌吴朝晖华南理工大学电子与信息学院广州510641

提出了一种用于片内数字驱动的瞬态增强NMOS低压差线性稳压器(LDO)。该LDO采用电容耦合动态偏置和双环路推挽式驱动调整管,极大地提高了电路的瞬态响应速度。基于0.35μm BCD工艺的仿真结果表明,负载电流在0.1～100 m A之间的跃迁时间为... 详细信息

提出了一种用于片内数字驱动的瞬态增强NMOS低压差线性稳压器(LDO)。该LDO采用电容耦合动态偏置和双环路推挽式驱动调整管,极大地提高了电路的瞬态响应速度。基于0.35μm BCD工艺的仿真结果表明,负载电流在0.1～100 m A之间的跃迁时间为100 ns时,电路的下冲电压为42 m V,过冲电压为66 m V,稳定时间仅为323 ns。该LDO电路的总体静态电流约为50μA,输出电流最大值为100 m A。

关键词：低压差线性稳压器 NMOS 瞬态增强无输出电容动态偏置