论文部分内容阅读
随着便携式电子设备的盛行和普及,集成电路片上系统(System on Chip,简写为SoC)也日益发展,因此就要求更多的功能芯片能够完全在片上集成,电源管理芯片当然也不例外。作为电源管理芯片的必要组成模块,传统的低压差线性稳压器(Low-Dropout Regulator,简写为LDO)需要在输出端挂接片外大电容,目的是保证系统稳定性,因此无片外电容LDO就面临稳定性的挑战,主要包括频率响应和瞬态响应。秉承节约能源的基本发展原则,同时为了提高电池的使用寿命和电子设备的待机时间,LDO的功耗需要降低,因此低功耗高稳定性无片外电容LDO成为发展趋势。传统的无片外电容LDO采用电阻网络的方式进行反馈,这种结构对误差放大器的要求较高,且需要较大面积的电阻。本文采纳了一种新型反馈形式即翻转电压跟随器结构(Flipped Voltage Follwer,简写为FVF),其本质是由单个晶体管进行反馈。这样的LDO不仅结构更简单,还可以降低放大器的设计难度。本文对基本的基于FVF的LDO结构进行改进,包括以下方面:首先通过采用增加一级放大器的方式提高环路增益,从而提高其调整性能,其次采用密勒补偿方法进行频率补偿,最后采用动态偏置电路提高瞬态特性。最终设计出了一款低功耗高稳定性无片外电容型CMOS LDO,可用于SoC系统中数字模块的供电电源。该设计基于40 nm CMOS工艺,完成了电路仿真和版图设计,结果如下:输入电压范围为1.5 V到3.3 V,正常输入电压为1.8 V,输出电压为1.2 V,负载电流范围为1 mA到50 mA,最小压差为293 mV;负载调整率仅为0.173 ppm,线性调整率为0.134%,低频下PSRR为60.4 dB,瞬态响应的过冲电压为91.24 mV,响应时间最长为4.37μs;LDO核心电路功耗仅为16μA,反馈环路的相位裕度在所有负载电流范围下最低为80°,所用电容约为40 pF,可在片上完全集成;所用的版图面积为384μm×314μm。综上所述,该设计具有低功耗高稳定性无片外电容的特点,同时也满足应用要求。