低功耗快速瞬態(tài)響應全片內LDO設計.pdf

1、與高輸出噪聲，外圍器件復雜且不易集成的高成本開關電源相比，線性穩(wěn)壓源(Low Dropout regulator:LDO)具有電路簡單、外圍器件少且可集成、低成本及優(yōu)異的電源噪聲抑制等特點，被廣泛的應用在片上系統(tǒng)中用于提供高質量的電源。在有限電源供電，如電池供電的便攜式設備及電磁場供電的無源射頻識別(Radio Frequency Identification: RFID)系統(tǒng)中，一方面希望線性穩(wěn)壓器具有極低的靜態(tài)功耗，延長系統(tǒng)輕載下的

2、待機時間或改善無源芯片所能工作的最短距離，另一方面希望穩(wěn)壓器具有優(yōu)異的瞬態(tài)響應，能夠更快的響應輸出負載改變引起的輸出電壓變化，減少所需要的片外/片內穩(wěn)壓電容以節(jié)省印刷電路板或芯片面積。如何在低靜態(tài)功耗及快速瞬態(tài)響應之間優(yōu)化及折衷一直是線性穩(wěn)壓器設計及研究的熱點。
　　本文闡述了線性穩(wěn)壓器的基本原理，從系統(tǒng)級模型分析了線性穩(wěn)壓器的靜態(tài)功耗，瞬態(tài)響應及交流特性之間的限制及折衷關系；介紹了線性穩(wěn)壓器中常用的頻率補償及瞬態(tài)補償方法；對采用

3、電容前饋快通補償抑制下沖的All-in-one線性穩(wěn)壓器提出了改善瞬態(tài)及頻率性能的自適應擺率增強偏置(Adaptive Slew-Rate Enhancement Biasing:ASREB)結構并進行了仿真驗證，經后端工程師進行版圖設計后在CSMC0.13um EEPROM工藝下進行了芯片流片及測試，測試結果表明該結構能改善LDO相頻特性，擴展LDO單位增益帶寬，對負載變化輸出電壓上沖具有良好的抑制作用；針對All-in-one線性穩(wěn)

4、壓器工藝穩(wěn)定性差，而普通兩級運放無法直接利用電容前饋補償?shù)娜秉c，提出了適用于兩級運放的虛擬輸入級前饋快通補償(Virtual Input Stage Feed-Forward Compensation:VISFFC)結構，對其瞬態(tài)響應及交流特性進行了理論分析，最后在CSMC0.13um EEPROM工藝下進行了設計及仿真驗證。仿真結果表明：在片內電容0.9nF，靜態(tài)功耗23uA，最小輸入輸出壓差0.3V的條件下，該LDO對Tr=Tf=0