基于LDO设计的PDN建模及其稳定性研究
发布时间：2021-10-22 08:13
随着集成电路工艺的发展,片上系统（SoC）中电源分配网络（PDN）低电源电压和高集成度的需求大幅增加,传统的PDN结构难以满足细粒度电压、动态供电电压和负载响应速度等方面的需求。集成多个片上稳压器已经成为解决PDN功率传输问题的一个有效途径,目前片上稳压器多选用低压差线性稳压器（LDO）。然而,由于Multi-LDOs和庞大负载网络之间复杂的互连结构,使得PDN的稳定性面临巨大挑战。本课题来源于国家部委项目,论文基于LDO的研究与设计,重点针对片上集成多个数字LDOs的PDN建模及其稳定性判据展开研究。通过对模拟LDO（A-LDO）工作机制的分析得到A-LDO不能在近阈值的电源电压附近工作,且模拟的实现方式导致A-LDO的工艺扩展性较差。论文为了验证稳定性方法的完备性,首先设计了一款A-LDO,采用源极跟随器作为误差放大器负载的电路结构和输出级补偿通路,改善了负载瞬态响应和系统稳定性。A-LDO基于SMIC0.13μm CMOS工艺进行实现,输入电压范围1.753V,输出电压为1.5V,负载电流范围100μA100mA内电路都稳定。在低于90...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ITRS报告预测半导体特征尺寸到加21年将不再缩小
本章首先介绍了电源分配网络的结构以及其模型建立的原理进行了分析，然后分别介绍了 A-LDO 和 D-LDO 的工作原理，指出低压差线性稳压器的模拟和数字工作方式的优缺点，并给出了 LDO 的主要设计指标，最后对最近提出的 D-LDO 主要的结构进行了剖析。2.1 PDN 结构典型的 PDN 主要包括四个部分：芯片外供电网络，PCB 板，封装结构，以及芯片上电源分配网络结构[32]，具体如图 2.1 所示。片外供电网络主要是 DC-DC 等大型的稳压器模块（VoltageRegulatorModule，VRM）组成向芯片上部输送功率，整体结构从片外稳压器到芯片电源分配网络传输效率不断提高[33]，芯片上部的电路模块的电流直接从芯片 PDN 吸收工作。传统的 PDN 设计主要专注与片外去耦电容等对电源完整性的影响，基于 Smith L 提出的基于目标阻抗设计方法[34]进行匹配片外阻抗的PDN 设计等方面的研究，对于片上复杂互连芯片 PDN 却研究较少，本文研究重点是片上电源分配网络。
outVoltage）定义为 LDO 刚进入稳压状态时，输入 LDO 稳压器输入输出电压关系图，LDO 工作状态n）、压差区（DropoutRegion）、调整区（Regulation压基本保持恒定，受输入电压影响很小。当 VIN减电路输出电压 VOUT偏离稳压值，LDO 失去对输出交接处的输入电压VIN和输出电压VOUT的差值是 Lut Voltage。设此时 PMOS 功率管的导通电阻为 ROltage 表示如下：RDO LOAD ONV I场合，要求更高的转换效率，所以在设计 LDO 电小，从上面公式总可以得降低 PMOS 的导通电阻途径。
【参考文献】：
博士论文
[1]高性能低压差线性稳压器研究与设计[D]. 王忆.浙江大学 2010
[2]高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析[D]. 张木水.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]低功耗低压差线性稳压器研究与设计[D]. 陈琛.浙江大学 2017
[2]CMOS全集成LDO线性稳压器的设计[D]. 曹俊杰.黑龙江大学 2014
本文编号：3450710
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ITRS报告预测半导体特征尺寸到加21年将不再缩小
本章首先介绍了电源分配网络的结构以及其模型建立的原理进行了分析，然后分别介绍了 A-LDO 和 D-LDO 的工作原理，指出低压差线性稳压器的模拟和数字工作方式的优缺点，并给出了 LDO 的主要设计指标，最后对最近提出的 D-LDO 主要的结构进行了剖析。2.1 PDN 结构典型的 PDN 主要包括四个部分：芯片外供电网络，PCB 板，封装结构，以及芯片上电源分配网络结构[32]，具体如图 2.1 所示。片外供电网络主要是 DC-DC 等大型的稳压器模块（VoltageRegulatorModule，VRM）组成向芯片上部输送功率，整体结构从片外稳压器到芯片电源分配网络传输效率不断提高[33]，芯片上部的电路模块的电流直接从芯片 PDN 吸收工作。传统的 PDN 设计主要专注与片外去耦电容等对电源完整性的影响，基于 Smith L 提出的基于目标阻抗设计方法[34]进行匹配片外阻抗的PDN 设计等方面的研究，对于片上复杂互连芯片 PDN 却研究较少，本文研究重点是片上电源分配网络。
outVoltage）定义为 LDO 刚进入稳压状态时，输入 LDO 稳压器输入输出电压关系图，LDO 工作状态n）、压差区（DropoutRegion）、调整区（Regulation压基本保持恒定，受输入电压影响很小。当 VIN减电路输出电压 VOUT偏离稳压值，LDO 失去对输出交接处的输入电压VIN和输出电压VOUT的差值是 Lut Voltage。设此时 PMOS 功率管的导通电阻为 ROltage 表示如下：RDO LOAD ONV I场合，要求更高的转换效率，所以在设计 LDO 电小，从上面公式总可以得降低 PMOS 的导通电阻途径。
【参考文献】：
博士论文
[1]高性能低压差线性稳压器研究与设计[D]. 王忆.浙江大学 2010
[2]高速电路电源分配网络设计与电源完整性分析[D]. 张木水.西安电子科技大学 2009
硕士论文
[1]低功耗低压差线性稳压器研究与设计[D]. 陈琛.浙江大学 2017
[2]CMOS全集成LDO线性稳压器的设计[D]. 曹俊杰.黑龙江大学 2014
本文编号：3450710
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