Tres etapas de CMOS LDO con rendimiento optimizado de potencia y dinámica para dispositivos portátiles
Autores: Serrano-Reyes, Andrés; Sanz-Pascual, María Teresa; Calvo-López, Belén
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Tres etapas de CMOS LDO con rendimiento optimizado de potencia y dinámica para dispositivos portátiles
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Reguladores
LDO
Diseño
Rendimiento
Consumo de energía
Dinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Los reguladores de baja caída de tensión (LDO) son componentes cruciales en los sistemas de gestión de energía para dispositivos portátiles, es decir, alimentados por batería. Sin embargo, el diseño de los reguladores LDO presenta un desafiante equilibrio entre rendimiento dinámico, consumo de energía y eficiencia de área. Este artículo propone un diseño novedoso de regulador LDO que aborda estos desafíos mediante la compensación Miller anidada inversa (RNMC) con búferes de corriente incrustados dentro de la propia topología de amplificador de error (EA) de alta ganancia de clase AB, y un circuito de mejora de respuesta temporal (TREC). El EA de clase AB de alta ganancia (>120 dB) proporciona un buen rendimiento de regulación con un rendimiento dinámico mejorado. El esquema de compensación propuesto mejora el producto de ancho de banda de ganancia (GBW) y la estabilidad del regulador, mientras que el TREC reduce la sobreimpulsión y subimpulsión durante transitorios de carga sin un consumo adicional de energía en estado estacionario. Las simulaciones posteriores a la disposición confirman la robustez del diseño CMOS de 180 nm propuesto en una amplia gama de condiciones de funcionamiento, logrando un voltaje de salida regulado de 1.8 V con una caída de 100 mV, buen rendimiento de regulación de carga y línea, y una excelente respuesta transitoria de carga con una reducción de subimpulsión y sobreimpulsión con un consumo mínimo de potencia ( = 13.8 A) y área (314 m x 150 m). El regulador LDO propuesto ofrece así un compromiso convincente entre consumo de energía, eficiencia de área y rendimiento dinámico, lo que lo hace altamente adecuado para aplicaciones portátiles.
Descripción
Los reguladores de baja caída de tensión (LDO) son componentes cruciales en los sistemas de gestión de energía para dispositivos portátiles, es decir, alimentados por batería. Sin embargo, el diseño de los reguladores LDO presenta un desafiante equilibrio entre rendimiento dinámico, consumo de energía y eficiencia de área. Este artículo propone un diseño novedoso de regulador LDO que aborda estos desafíos mediante la compensación Miller anidada inversa (RNMC) con búferes de corriente incrustados dentro de la propia topología de amplificador de error (EA) de alta ganancia de clase AB, y un circuito de mejora de respuesta temporal (TREC). El EA de clase AB de alta ganancia (>120 dB) proporciona un buen rendimiento de regulación con un rendimiento dinámico mejorado. El esquema de compensación propuesto mejora el producto de ancho de banda de ganancia (GBW) y la estabilidad del regulador, mientras que el TREC reduce la sobreimpulsión y subimpulsión durante transitorios de carga sin un consumo adicional de energía en estado estacionario. Las simulaciones posteriores a la disposición confirman la robustez del diseño CMOS de 180 nm propuesto en una amplia gama de condiciones de funcionamiento, logrando un voltaje de salida regulado de 1.8 V con una caída de 100 mV, buen rendimiento de regulación de carga y línea, y una excelente respuesta transitoria de carga con una reducción de subimpulsión y sobreimpulsión con un consumo mínimo de potencia ( = 13.8 A) y área (314 m x 150 m). El regulador LDO propuesto ofrece así un compromiso convincente entre consumo de energía, eficiencia de área y rendimiento dinámico, lo que lo hace altamente adecuado para aplicaciones portátiles.