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一种快速响应无片外电容低压差线性稳压器

佟星元 李茂 董嗣万

引用本文: 佟星元, 李茂, 董嗣万. 一种快速响应无片外电容低压差线性稳压器[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT181060 shu
Citation:  Xingyuan TONG, Mao LI, Siwan DONG. A Capacitor-less Low Dropout Regulator with Fast Response[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT181060 shu

一种快速响应无片外电容低压差线性稳压器

    作者简介: 佟星元: 男,1984年生,博士后,教授,研究方向为生物医疗电子、超低功耗模拟.混合信号集成电路设计;
    李茂: 男,1994年生,硕士生,研究方向为电源管理及无线能量传输电路设计;
    董嗣万: 男,1988年生,博士,讲师,研究方向为模拟集成电路设计;
    通讯作者: 佟星元, mayxt@126.com
  • 基金项目: 国家自然科学基金(61674122,61804124),陕西省创新人才推进计划(2017KJXX-46),陕西省高层次人才特殊支持计划(2018-36)

摘要: 为了改善负载跳变对低压差线性稳压器(LDO)的影响,该文提出一种用于无片外电容LDO(CL-LDO)的新型快速响应技术。通过增加一条额外的快速通路,实现CL-LDO的快速瞬态响应,并且能够减小LDO输出过冲和下冲的幅度。该文电路基于0.18 μm CMOS工艺设计实现,面积为0.00529 mm2。流片测试结果表明,当输入电压范围为1.5 ~2.5 V时,输出电压为1.194 V;当负载电流以 1 μs的上升时间和下降时间在 100 μA~10 mA之间变化时,CL-LDO的过冲恢复时间为489.537 ns,下冲恢复为960.918 ns;相比未采用该技术的传统CL-LDO,响应速度能够提高7.41倍,输出过冲和下冲的电压幅值能够分别下降35.3%和78.1%。

English

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  • 图 1  传统LDO和CL-LDO结构

    图 2  本文提出CL-LDO的整体结构

    图 3  本文提出CL-LDO的工作原理

    图 4  本文提出的快速瞬态调节电路

    图 5  本文CL-LDO的小信号模型等效电路

    图 6  环路特性仿真结果

    图 7  本文提出CL-LDO的芯片照片和版图

    图 8  本文CL-LDO的瞬态测试结果

    图 9  本文CL-LDO的直流特性测试结果

    表 1  控制信号Ctrl1和Ctrl2的工作原理

    ILVfbCtrl1Ctrl2M1M2
    升高下冲/<0.70 V低电平低电平导通关断
    降低过冲/>0.90 V高电平高电平关断导通
    稳定稳定/=0.80 V高电平低电平关断关断
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    表 2  本文设计的CL-LDO与其它文献的CL-LDO性能比较

    参数文献[13]*文献[14]文献[15]文献[16]本文
    W/OW
    工艺 (nm)18065180130180
    Vin (V)1.21.21.2~1.81~1.41.5~2.5
    Vout (V)110.8~1.60.81.2
    IL (mA)1000.1~251-1000.12~250.1~10
    过冲/下冲 (mV)220225200284597/946386/207
    环路增益 (dB)>59.87585~8785~87
    负载调整率 (mV/mA)0.0230.0420.0810.1730.970.96
    线性调整率 (mV/V)0.693.82.2511.310.0
    恢复时间 (μs)3.61.30.220.19#3.6240.489
    电源抑制比 (dB)49.6525750.2
    面积 (mm2)0.0220.0870.0310.0080.00529
    *考虑寄生参数的电路后仿真数据;电流阶跃变化的上升时间和下降时间为1 μs;电流阶跃变化的上升时间和下降时间约为300 ps;#电流阶跃变化的上升时间和下降时间约为100 ns。
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  • 通讯作者:  佟星元, mayxt@126.com
  • 收稿日期:  2018-11-20
  • 录用日期:  2019-03-07
  • 网络出版日期:  2019-04-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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