Design of a On-chip LDO regulator with enhanced transient response characteristics by parallel error amplifiers

This paper presents the transient-response improved LDO regulator based on parallel error amplifiers. The proposed LDO regulator consists of an error amplifier (E/A1) which has a high gain and narrow bandwidth and a second amplifier (E/A2) which has low gain and wide bandwidth. These amplifiers are in parallel structure. Also, to improve the transient-response properties and slew-rate, some circuit block is added. Using pole-splitting technique, an external capacitor is reduced in a small on-chip size which is suitable for mobile devices. The proposed LDO has been designed and simulated using a Megna/Hynix $0.18{\mu}m$ CMOS parameters. Chip layout size is $500{\mu}m{\times}150{\mu}m$. Simulation results show 2.5 V output voltage and 100 mA load current in an input condition of 2.7 V ~ 3.3 V. Regulation Characteristic presents voltage variation of 26.1 mV and settling time of 510 ns from 100mA to 0 mA. Also, the proposed circuit has been shown voltage variation of 42.8 mV and settling time of 408 ns from 0 mA to 100 mA.

병렬 오차 증폭기 구조를 이용하여 과도응답특성을 개선한 On-chip LDO 레귤레이터 설계

본 논문은 병렬 오차 증폭기 구조를 적용하여 과도응답특성 개선한 LDO 레귤레이터를 제안한다. 제안하는 LDO 레귤레이터는 고 이득, 좁은 주파수 대역의 오차증폭기 (E/A1)와, 저 이득, 넓은 주파수 대역의 오차증폭기 (E/A2)로 이루어지며, 두 오차증폭기를 병렬 구조로 설계해서 과도응답특성을 개선한다. 또한 슬루율을 높여주는 회로를 추가하여 회로의 과도응답특성을 개선하였다. 극점 불할 기법을 사용하여 외부 보상 커패시터를 온 칩 화하여 IC 칩 면적을 줄여 휴대기기 응용에 있어서도 적합하게 설계 하였다. 제안된 LDO 레귤레이터는 매그나칩/하이닉스 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정을 사용하여 회로설계 하였고 칩은 $500{\mu}m{\times}150{\mu}m$ 크기로 레이아웃을 실시하였다. 모의실험을 한 결과, 2.7 V ~ 3.3 V의 입력 전압을 받아서 2.5 V의 전압을 출력하고 최대 100 mA의 부하 전류를 출력한다. 레귤레이션 특성은 100 mA ~ 0 mA에서 26.1 mV의 전압변동과 510 ns의 정착시간을 확인하였으며, 0 mA에서 100 mA의 부하 변동 시 42.8 mV의 전압 변동과 408 ns의 정착 시간을 확인하였다.