رگولاتور ولتاژ با افت کم CMOS بدون خازن بیرونی و با مسیر سریع جاسازی‌شده در تقویت‌کننده خطا
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتررسول فتحی‌پور 1 , عليرضا صابرکاري 2 *
1 - دانشگاه گیلان
2 - دانشگاه گیلان
کلید واژه: تقویت‌کننده خطا رگولاتور ولتاژ با افت کم ضرب‌کننده خازنی مسیر سریع,
چکیده مقاله :
در این مقاله یک رگولاتور ولتاژ با افت کم (LDO) بدون نیاز به خازن بیرونی ارائه شده که در آن به منظور صرفه‌جویی در مصرف توان، ایجاد مسیر سریع برای ارتقای عملکرد دینامیکی در برابر تغییرات گذرای بار و ایجاد فاصله بین قطب‌های مدار یک ضرب‌کننده خازنی بر پایه تقویت‌کننده جریان در داخل تقویت‌کننده خطا جاسازی شده است. رگولاتور LDO پیشنهادی در تکنولوژی µm 35/0 CMOS برای ایجاد ولتاژ خروجی V 8/1 به ازای افت ولتاژ mV 200 طراحی شده و قابلیت جریان‌دهی به محدوده وسیعی از بار بین 0 تا mA 100 را به ازای جریان خاموشی µA 22 دارد. برای انجام یک مقایسه منصفانه، تعدادی از LDOهای گزارش‌شده قبلی نیز توسط HSPICE و با به کارگیری مقادیر گزارش‌شده در خود مراجع شبیه‌سازی شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی و مقایسه بر پایه عدد شایستگی (FOM) نشان‌دهنده بهبود مشخصات LDO پیشنهادی است.
In this paper, a CMOS output-capacitor-free low-dropout regulator (LDO) is presented in which a capacitor multiplier based on a current-mode amplifier is embedded into the error amplifier to enhance the dynamic specifications to load variations, pole splitting, and simultaneously power saving. The proposed LDO topology is designed and simulated in HSPICE in a 0.35 µm CMOS process to provide a 1.8 V output voltage with a 200 mV dropout for a wide range output current between 0-100 mA while its quiescent current is 22 µA. In order to have a fair conclusion, the article reveals a FOM-based comparison with other reported designs.
[1] D. D. Buss, "Technology in the internet age," in Proc. IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., ISSCC'02, Dig. Tech. Papers, pp. 18-21, Feb. 2002.
[2] A. Saberkari, E. Alarcon, and S. B. Shokouhi, "Fast transient current - steering CMOS LDO regulator based on current feedback amplifier," Integration, the VLSI J., vol. 46, no. 2, pp. 165-171, Mar. 2013.
[3] C. K. Chava and J. Silva-Martinez, "A frequency compensation scheme for LDO voltage regulators," IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 51, no. 6, pp. 1041-1050, Jun. 2004.
[4] M. Al - Shyoukh, H. Lee, and R. Perez, "A transient - enhanced low - quiescent current low - dropout regulator with buffer impedance attenuation," IEEE J. Solid - State Circuits, vol. 42, no. 8, pp. 1732-1742, Aug. 2007.
[5] Y. Hei and W. H. Ki, "A 0.9 V 0.35 µm adaptively biased CMOS LDO regulator with fast transient response," in Proc. IEEE Int. Solid-State Circuits Conf., ISSCC'08, Dig. Tech. Papers, pp. 442-443, Feb. 2008.
[6] K. N. Leung and Y. S. Ng, "A CMOS low - dropout regulator with a momentarily current - boosting voltage buffer," IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 57, no. 9, pp. 2312-2319, Sep. 2010.
[7] M. Ho, K. N. Leung, and K. L. Mak, "A low-power fast-transient 90-nm low-dropout regulator with multiple small-gain stages," IEEE J. Solid - State Circuits, vol. 45, no. 11, pp. 2466-2476, Nov. 2010.
[8] P. Hazucha, T. Karnik, B. Bloechel, C. Parsons, D. Finan, and S. Borkar, "Area - efficient linear regulator with ultra-fast load regulation," IEEE J. Solid - State Circuits, vol. 40, no. 4, pp. 933-940, Apr. 2005.
[9] R. J. Milliken, J. Silva - Martinez, and E. Sanchez - Sinencio, "Full on - chip CMOS low - dropout voltage regulator," IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 54, no. 9, pp. 1879-1890, Sep. 2007.
[10] W. J. Huang and S. I. Liu, "Capacitor-free low dropout regulators using nested miller compensation with active resistor and 1-bit programmable capacitor array," IET Circuits Devices Syst., vol. 2, no. 3, pp. 306-316, 2008.
[11] T. Y. Man, K. L. Leung, C. Y. Leung, P. K. T. Mok, and M. Chan, "Development of single - transistor - control LDO based on flipped voltage follower for SoC," IEEE Trans. Circuits Syst. I, vol. 55, no. 5, pp. 1392-1401, Jun. 2008.
[12] P. Y. Or and K. N. Leung, "An output - capacitorless low - dropout regulator with direct voltage - spike detection," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 2, pp. 458-466, Feb. 2010.
[13] J. Guo and K. N. Leung, "A 6-μW chip - area - efficient output-capacitorless LDO in 90-nm CMOS technology," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 9, pp. 1896-1905, Sep. 2010.
[14] K. L. Leung and P. K. T. Mok, "A capacitor-free CMOS low-dropout regulator with damping-factor-control frequency compensation," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 38, no. 10, pp. 1691-1702, Oct. 2003.
[15] S. K. Lau, P. K. T. Mok, and K. N. Leung, "A low - dropout regulator for SoC with Q - reduction," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 42, no. 3, pp. 658-664, Mar. 2007.
[16] J. Falin, ESR, Stability, and the LDO Regulator, Application Report, Texas Instruments Inc., Literature Number: SLVA115, May 2002.
[17] P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 4th Ed. NY, Wiley, 2001.
[18] Z. Yan, "Two-stage large capacitive load amplifier with embedded capacitor-multiplier compensation," in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst., ISCAS'09, pp. 2481-2484, 24-27 May 2009.
[19] Z. Yan, L. Shen, Y. Zhao, and S. Yue, "A low-voltage CMOS low-dropout regulator with novel capacitor-multiplier frequency compensation," in Proc. IEEE Int. Symp. Circuits Syst., ISCAS'08, pp. 2685-2688, 18-21 May 2008.