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인 호 , 안 국 , 이희 , 노 정 진
한양 학교 자통신 공학과
e-mail : [email protected], [email protected], [email protected],
Design of High-speed Low -dropout regulator for portable device
Inho J eon, Youngkook Ahn, Heeyoung Lee, J eongjin R oh
Department of Electronics & Communication Engineering
Hanyang University
Abstract
In this paper, current boosting technique is
proposed in LDO regulator using a buffer. This
improves transient response of the LDO regulator. A
low-voltage high-gain error amplifier is introduced.
Experimental results show that the LDO regulator
provides an output of 1.3 V with maximum output
current 300 mA at supply voltage of 1.5 V. The
LDO regulator also has a good power-supply rejection
(PSR) characteristic.
I. 서론
핸드폰, 노트북, 태블릿 pc등 휴 용 기기들의 종류
가 많아지고 사용량이 늘어나고 있다. 이로 인해 휴
용기기에 사용되는 power management IC의 요성
한 높아 지고 있다. 표 인 power management
IC로는 DC-DC converter, charge pump, LDO
regulator 등이 있다. 그 에서 LDO regulator는 다른
모듈에 비해 효율은 나쁘지만 높은 PSRR 특성으로 인
해 RF회로와 같은 noise에 민감한 블록의 원에서 사
용된다[1].
일반 으로 LDO regulator는 큰 부하 류를 구동하기
해 power transistor를 사용한다. Power transistor는
큰 기생 gate capacitance를 가지기 때문에 LDO
regulator의 transient 특성을 악화시킬 수 있다. 따라
서 본 논문에서는 빠른 transient 특성을 가지기 해
current-boosting 기법을 제안한다.
II. 본론
1. Low-dropout(LDO) Regulator
그림 1. 제안하는 LDO regulator의 회로 구성도
그림 1은 제안하는 LDO regulator의 회로구성도이
다. 의 회로는 피드백 항 RFBH, RFBL로 출력 압
을 항 분배한 압과 기 압 VREF를 비교하여 오
차 신호를 출력하는 error amplifier, 내부 생성 pole을
높은 주 수 역으로 치시켜 주 수 보상을 수행하
는 역할을 하는 source follower buffer, 부하 류를
구동하는 power transistor, 출력 capacitor, 그리고
current-boosting 블록으로 구성된다.
본 논문에서 제시하는 current-boosting 블록은 출력
압의 변화가 source follower buffer의 입력으로
달되고 이에 반 된 신호가 source follower의 drain단
에 나오게 된다. 이 신호성분에 따라 M2, M3 transistor
에 류가 발생하여 power transistor(M0)의 gate단의
큰 기생 capacitor를 충‧방 하여 transient 특성을 개
선 할 수 있다.
2. Error amplifier
그림 2는 그림 1에서 쓰인 error amplifier의 구조이
다[2]. 사용된 error amplifier는 낮은 공 압에서도
높은 DC gain을 갖는 장 을 지닌다. 높은 DC gain의
error amplifier를 사용하면 그만큼 넓은 bandwidth를
가질 수 있게 되어 빠른 transient 특성을 얻을 수 있
다.
그림 2. 제안하는 Error amplifier
Ⅲ. 시뮬 이션 결과
설계된 회로는 CMOS 0.13㎛ 공정 라미터를 사용
하고 컴퓨터 시뮬 이션(HSPICE)을 통하여 검증하
다. 그림 3에서 보듯이 출력 류가 변할 때 출력
압의 변화를 보면, 고정된 압으로 빠르게 regulation
되 는 것을 확인할 수 있다.
그림 3. 출력 류 변화에 따른 출력 압의 변화표
표 1은 제안하는 LDO regulator의 시뮬 이션 결과를
나타 낸 것이다. 설계된 회로는 입력 압 1.5V에서
출력 압 1.3V, 최 부하 류 300mA를 제공할 수
있다.
표 1. 시뮬 이션 결과 요약
Technology CMOS 0.13㎛
VIN 1.5V
VOUT 1.3V
CL 4.7uF
RESR 50m
ILOAD,MAX 300mA
Response time 0.5us
Load regulation 0.82%/A
Line regulation 0.63%/V
PSRR 70dB @ 10kHz
Ⅳ. 결론
본 논문은 current-boosting 블록을 이용한 LDO
regulator를 제안한다. 한 낮은 압에서도 높은 DC
gain을 갖는 error amplifier를 사용하여 기존의 LDO
regulator보다 빠른 transient 특성을 얻을 수 있다.
감사의
이 논문은 2011년도 정부(교육과학기술부)의 재원으
로 한국연구재단의 기 연구사업 지원을 받아 수행된
것임(2011-0026001).
본 연구는 지식경제부 정보통신산업진흥원의
학 IT연구센터 지원사업의 연구결과로 수행되었음
(NIPA-2012-H0301-12-1007).
참고문헌
[1] Jungsu Choi, Jungeui Park, Wooju Jeong, Junsang
Lee, Seok Lee, Jayang Yoon, Jaehoon Kim and
Joongho Choi, “Design of LDO linear regulator
with ultra low-output impedance buffer,” SoC
Design Conference, 2009 International, pp.
420-423, Busan, Korea, Nov. 2009
[2] J. Roh, "High-Gain Class-AB OTA with Low
quiescent Current," Analog Integrated Circuits
and Signal Processing, vol. 47, No. 2,
pp.225-228, Mar. 2006.
