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无片外电容LDO的研究进展

电子技术应用 2023年第11期49卷 35-41页

作者：李天硕李严刘莹北京信息科技大学北京100192

低压差线性稳压器(ldo)在电路系统中负责提供稳定的电源电压,它是一种应用广泛的电源管理芯片。随着集成度和工艺的不断提高,无片外电容LDO逐渐替代含片外电容ldo成为研究重点,但无片外电容LDO需要额外的补偿电路以解决稳定性和瞬态响... 详细信息

低压差线性稳压器(ldo)在电路系统中负责提供稳定的电源电压,它是一种应用广泛的电源管理芯片。随着集成度和工艺的不断提高,无片外电容LDO逐渐替代含片外电容ldo成为研究重点,但无片外电容LDO需要额外的补偿电路以解决稳定性和瞬态响应特性较差的问题。为了解当前行业内的主流设计思路,调研了大量文献,分析了无片外电容LDO的研究进展,并分别总结了提高稳定性和瞬态响应特性的方案,提炼了其中的技术要点,评价了优缺点,最后提出了可以改进的空间并对今后的研究方向做了展望。

关键词：低压差线性稳压器无片外电容LDO 补偿电路稳定性瞬态响应特性

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无片外电容LDO的补偿方法研究

微处理机 2023年第5期44卷 9-12页

作者：李天硕李严刘莹北京信息科技大学理学院北京100192

无片外电容LDO器件无法通过片外电容提供频率补偿和瞬态稳压,为了弥补由此带来的器件在稳定性和瞬态特性上的缺陷,需要额外设计补偿电路。研究选用普通源极跟随器作为一种结构简单的缓冲器,作为补偿手段,以提高无片外电容LDO的功能表现... 详细信息

无片外电容LDO器件无法通过片外电容提供频率补偿和瞬态稳压,为了弥补由此带来的器件在稳定性和瞬态特性上的缺陷,需要额外设计补偿电路。研究选用普通源极跟随器作为一种结构简单的缓冲器,作为补偿手段,以提高无片外电容LDO的功能表现。补偿电路通过SMIC 0.18μm CMOS工艺实现,基于对普通源极跟随器的特性的理论分析,进一步设计出超级源极跟随器。通过理论分析与电路仿真,综合研究了无缓冲器、普通源极跟随器、超级源极跟随器三种情况对ldo特性的影响。

关键词：无片外电容LDO 瞬态特性普通源极跟随器超级源极跟随器

基于双环调节的快速瞬态响应无片外电容LDO

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微电子学 2016年第3期46卷 332-335页

作者：钟俊达冷思雨华浩翔周泽坤电子科技大学微电子与固体电子学院成都610054

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2.0-3.5V,输出电压为1.8V,最大负载电流为100m... 详细信息

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2.0-3.5V,输出电压为1.8V,最大负载电流为100mA。当负载电流在1μs内从100μA跳变到100mA以及从100mA跳变到100μA时,最大下冲电压为128mV,最大上冲电压为170mV,建立时间分别为2.5μs和2.4μs,电路工作时消耗的静态电流仅为12.6μA。

关键词：无片外电容LDO 瞬态响应频率补偿

低功耗高稳定性无片外电容LDO的研究与设计

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低功耗高稳定性无片外电容LDO的研究与设计

作者：龚利平广东工业大学

学位级别：硕士

低压差(ldo)线性稳压器是电源管理IC中的功能模块,易于实现且噪声水平低,广泛应用于许多便携式电子设备中,尤其是适应用于高性能电路和对噪声敏感的应用中。在当前的SOC片上系统中,集成了大量功能电路,包括逻辑控制单元,存储单元,模拟... 详细信息

低压差(ldo)线性稳压器是电源管理IC中的功能模块,易于实现且噪声水平低,广泛应用于许多便携式电子设备中,尤其是适应用于高性能电路和对噪声敏感的应用中。在当前的SOC片上系统中,集成了大量功能电路,包括逻辑控制单元,存储单元,模拟放大电路,电源管理模块等。这些功能电路对稳压源的性能要求越来越高,如高稳定性、低功耗和低噪声等。为了达到这样的高性能,传统低压差线性稳压器通常会采取负载端大电容补偿,但当前的片上SOC系统发展方向是芯片面积越来越小,但晶体管集成度越来越高,大电容需要占用基板或芯片大量面积去实现,这样就与集成度的提高产生了矛盾。当前有一些电路设计手段对这一矛盾提出了解决方案,输出无电容ldo是最好的解决方案之一,许多学者和工程人员发表了大量文献和电路实例,但还有一些问题没有解决,如具有低压差,低静态电流,小的瞬态下冲/过冲和高稳定性等。然而,这些性能很难同时实现,在当前面临这些的问题下,本文做了如下工作:本文设计一款基于55nm CMOS工艺低功耗高稳定性的无片外电容LDO,应用于片上SOC电路中,以满足高稳定性、低功耗和低噪声等要求。(1)通过采用自适应功率管技术,使得相应功率晶体管根据负载电流的条件在两极和三级级联拓扑之间进行切换;低负载电流时使用低宽长比的辅功率管,高负载电流时使用主功率管,节省功耗,提高电流利用效率。(2)通过使用动态偏置网络,使动态偏置网络晶体管与次级功率管成比例,随着次级功率管的电流增大而增加误差放大器的电流,以此增加带宽和改善负载瞬态响应性能。(3)通过过冲减少电路,使得ldo在负载瞬态情况下输出过冲电压减小。(4)通过使用共源共栅密勒补偿技术实现整个系统的稳定。仿真结果显示:这款ldo的输入电压范围为1.1V-1.4V,可实现稳定输出电压1V;在零负载电流的情况下,ldo消耗4.8μA电流。在输入电压1.4V,输出电压为1V,负载发生100mA/0.3μs跳变时,瞬态响应时间均小于3.7μs;负载瞬态响应过冲与下冲电压均小于146mV。此外,满载时负载调整率为3.09μV/m A,低频电源抑制比为-66.58dB。

关键词：低功耗高稳定性动态偏置网络共源共栅密勒补偿无片外电容LDO

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一种超低功耗无片外电容LDO

微电子学与计算机 2015年第7期32卷 116-120页

作者：韦保林熊纯徐卫林段吉海韦雪明桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004

设计了一种超低功耗无片外电容型低压差线性稳压器（OCL-ldo）电路,引入电荷泄放电路和电流倍增缓冲级以改善稳压器的瞬态响应,通过二级密勒补偿技术保证电路在各种负载条件下的稳定性.同时,采用电流模型跨导运放作为误差放大器,有利于... 详细信息

设计了一种超低功耗无片外电容型低压差线性稳压器（OCL-ldo）电路,引入电荷泄放电路和电流倍增缓冲级以改善稳压器的瞬态响应,通过二级密勒补偿技术保证电路在各种负载条件下的稳定性.同时,采用电流模型跨导运放作为误差放大器,有利于简化电路结构和降低功耗.对该OCL-ldo的稳定性及瞬态响应进行了分析并采用SMIC 0.18’m CMOS工艺设计并流片测试.测试结果表明：在负载电流为1mA、输入电压为1.9～3.2V时,输出电压可稳定在1.8V左右,压差仅为35mV,且静态电流仅为1.4’A.

关键词：无片外电容LDO 超低功耗瞬态响应增强

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一个快速瞬态响应无片外电容LDO设计

一个快速瞬态响应无片外电容LDO设计

作者：王超华南理工大学

学位级别：硕士

随着各类电子行业快速发展,电源管理芯片得到巨大的应用需求,低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator,ldo）因结构简单、精度高、响应快速等优点,成为了应用较为广泛的一类。传统ldo在芯片外接一个大电容来提升稳定性和瞬态响应能力,... 详细信息

随着各类电子行业快速发展,电源管理芯片得到巨大的应用需求,低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator,ldo）因结构简单、精度高、响应快速等优点,成为了应用较为广泛的一类。传统ldo在芯片外接一个大电容来提升稳定性和瞬态响应能力,而伴随SoC系统芯片的发展,单个芯片中多个ldo同时供给电源,需要去掉传统ldo的外接电容来减小芯片面积和PCB板面积,提高集成度。因此,无片外电容LDO成为了研究的热点。本文对ldo的稳定性进行了分析,传统ldo去掉接于输出端的片外电容,系统环路的零极点位置会发生改变,不能够保证负载变化时在相应状态下的稳定。针对稳定性问题,通过在传统结构的误差放大器和功率管之间添加输出阻抗非常低的缓冲器,将功率管栅极极点的位置控制在高频范围,忽略该极点对环路稳定性的影响,并采用补偿电容进行频率补偿,保证了足够的相位裕度,实现了ldo在负载工作范围内所有状态下的稳定。此外,传统ldo去掉外接电容,输出端的负载电容较小,在负载瞬态变化时,负载电容上的电荷充放电提供的电流不能够进行足够的补偿,输出电压的过冲和下冲较大,瞬态性能较差。针对瞬态响应问题,本文提出了一种瞬态提升电路。负载的瞬态变化导致ldo输出的瞬态改变,经过反馈会引起误差放大器输出端电压的改变,电路通过检测误差放大器输出端电压的改变,增加对功率管栅极电容的充放电电流,使功率管的状态能够迅速匹配负载,功率管的输出电流对负载进行补偿,系统输出能够快速稳定,提升了ldo瞬态响应的能力。本文电路基于TSMC 0.18μm标准CMOS工艺设计实现,稳定性仿真显示在宽负载范围内环路相位裕度大于60°;输入电压范围为2V~3.6V,输出电压为1.8V,实际最小压差为120mV;负载于1μs内在0和100mA之间变化时,输出过冲和下冲小于41mV。针对主体电路本文进行了版图设计,并对主要性能作后仿,仿真结果显示负载于1μs内在0和100mA之间变化时,输出过冲和下冲小于56mV。

关键词：无片外电容LDO 低压差线性稳压器瞬态提升电路快速瞬态响应

一种多模式高瞬态响应无片外电容LDO的设计

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中国集成电路 2019年第4期28卷 53-58页

作者：丁玲李长猛北京华大九天软件有限公司北京100102

对于便携式电子产品而言,ldo的封装尺寸小,体积和成本小,并且ldo线性稳压器具有提供多样化输出电压的功能,使相互间无干扰等优点。在市场竞争日趋激烈和产品更新换代快的前提,使得短的设计周期的产品变得很重要,ldo正好具有设计周期短... 详细信息

对于便携式电子产品而言,ldo的封装尺寸小,体积和成本小,并且ldo线性稳压器具有提供多样化输出电压的功能,使相互间无干扰等优点。在市场竞争日趋激烈和产品更新换代快的前提,使得短的设计周期的产品变得很重要,ldo正好具有设计周期短的特点。由于SOC集成电路芯片对面积和成本要求,所以无片外电容的ldo成为发展的趋势,负载电容集成在芯片内部,会比有片外电容的ldo少封装pin角,不需要电容的分立器件,但是没有负载电容这种储能器件,瞬态响应成为设计的难点,所以高瞬态响应的ldo是一种研究的方向,本文提出了一种高瞬态响应的ldo,并同时能分模式工作来降低ldo的自身功耗。

关键词：无片外电容LDO 高瞬态响应模式切换低功耗

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无片外电容LDO稳压器设计

无片外电容LDO稳压器设计

作者：李旭华南理工大学

学位级别：硕士

随着便携电子产品朝着大屏幕和多功能方向发展，对电源管理类芯片需求越来越大。低压差线性稳压器(ldo)作为电源管理芯片中一个重要的基本单元，由于其具有结构简单、输出噪声小等优点得到广泛应用。传统结构ldo通过在芯片外部输出端连... 详细信息

随着便携电子产品朝着大屏幕和多功能方向发展，对电源管理类芯片需求越来越大。低压差线性稳压器(ldo)作为电源管理芯片中一个重要的基本单元，由于其具有结构简单、输出噪声小等优点得到广泛应用。传统结构ldo通过在芯片外部输出端连接一个大电容来保证ldo的稳定性和瞬态性能，但是芯片外部的大电容限制了系统集成度的提高。因此，无片外电容LDO越来越多地被应用于高度集成的系统级芯片中，成为ldo研究领域的新热点。本文首先介绍了传统ldo的基本结构和工作原理，以及ldo的相关性能指标。接着分析了无片外电容LDO设计所面临的稳定性和瞬态特性两个难点，并分析比较了针对这两个难点的无片外电容LDO设计的一些基本方案。最后本文设计了一款基于三级误差放大器的无片外电容LDO。误差放大器采用嵌套密勒补偿和调零电阻来保证环路的稳定性，总的片内补偿电容为14.8pF，同时误差放大器的前馈级改善了ldo的瞬态性能。误差放大器第二级和第三级均有输出调整管，第二级的小尺寸调整管一直导通，第三级的大尺寸调整管只在负载电流大于400uA时才逐渐导通，双调整管结构降低了轻载时的静态电流。整个电路基于chartered0.35um CMOS工艺设计，版图面积为425um×413um。后仿真结果表明，ldo的输入电压为3.1VV，输出电压为2.8V，最大输出电流为100mA，最低压差电压为300mV。在3.3V输入电压条件下，空载时静态电流为59.98uA，负载电流在1us内在1mA至100mA间转换时，过冲电压小于150mV，输出电压稳定在0.5%精度内时间约为1.5us。所有参数均达到设计要求。

关键词：无片外电容LDO 误差放大器嵌套密勒补偿

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无片外电容LDO的研究与发展

中国集成电路 2018年第3期27卷 30-38页

作者：姚若河王超邝国华华南理工大学电子与信息学院广东广州510641 广东合微集成电路技术有限公司广东东莞523808

SoC系统集成芯片的发展增加了对于无片外电容LDO的需求,而无片外电容LDO无法利用片外电容固定主极点以及片外电容与ESR电阻产生补偿零点,也无法利用片外电容为其提供负载电流瞬态变化时的充放电电流,稳定性和瞬态特性成为了无片外电容LD... 详细信息

SoC系统集成芯片的发展增加了对于无片外电容LDO的需求,而无片外电容LDO无法利用片外电容固定主极点以及片外电容与ESR电阻产生补偿零点,也无法利用片外电容为其提供负载电流瞬态变化时的充放电电流,稳定性和瞬态特性成为了无片外电容LDO首要解决的问题。文章分析了无片外电容LDO的稳定性和瞬态特性设计难点,回顾了无片外电容LDO关于提高稳定性和快速瞬态响应能力的最新研究成果,并对ldo的发展进行了展望。

关键词：无片外电容LDO 低压差线性稳压器线性稳压器