低压差线性稳压器作为性能优越的电源模块,在集成电路领域备受关注。低压差线性稳压器由模拟LDO和数字LDO组成。其中误差放大器,功率管,负载网络和反馈环路组成了模拟LDO的基本结构,它具有快速瞬态响应,高效率,高电源抑制比,宽负载范围等优点,但在MOS管的阈值电压下无法正常工作,原因在于:第一,在低压条件下,很难设计具有足够带宽和增益的误差放大器;第二,在低压条件下,误差放大器没有足够的电压余量使功率管工作在饱和状态。数字LDO可以工作在低压条件下,具有工艺可变性,控制简单,静态电流低等优点,系统的输出电压与参考电压经过数字控制部分的作用后来控制开关阵列中开启的开关管的数目,以调节该系统的输出电压。数字LDO结构简单,它由时钟比较器,移位寄存器,开关阵列等组成,在此结构中,数字部分包括了时钟比较器和双向移位寄存器。输出电压经过数字部分的作用后控制开关阵列中导通的开关管的数目来不断调节输出电压的精度,但是这种典型的数字LDO结构具有以下缺点:第一,数字部分结果的更新速度取决于时钟信号的频率。第二,时钟信号与系统瞬态响应以及系统功耗之间存在相互折衷的关系。利用粗细调技术实现的双环路数字LDO可以利用不同的环路来分别改善数字LDO的瞬态特性,提高数字LDO的效率。本论文提出了一种快速瞬态响应的数字LDO,在该结构中利用了粗细调技术的双环路结构,其中粗调环路由Flash-ADC和译码器组成,利用Flash-ADC快速的转化速率和较好的精度提高粗调环路的速度和效率;细调环路由时钟比较器和双向移位寄存器组成,利用一个慢时钟信号作为时钟比较器和移位寄存器的时钟脉冲,提高该环路的精度和效率。本论文的工作主要围绕以下三个方面展开:1.比较了数字LDO和模拟LDO的优缺点,讨论了数字/模拟LDO的发展动态,并在此基础上提出了具有快速瞬态特性的数字LDO结构。2.利用TSMC-0.18μm的工艺设计并验证了论文所提的数字LDO结构中各个模块及对所提出的数字LDO进行了系统级别的仿真验证,其中该数字LDO的压差为80m V,负载范围为5m A-19m A,在负载电流转变时产生了尖峰分别为55m V和62m V。线性调整率为4.69m V/V,负载调整率为1.86m V/m A,在整个负载范围内系统的效率在93%以上。3.在TSMC-0.18μm的工艺下,利用Virtuoso-Layout对论文所提结构中的各个模块以及整体电路结构进行了版图设计。