دانلود ترجمه مقاله یک LDO مبتنی بر پمپ شارژ با امپدانس بالای پویا با ویژگی های شبیه LDO دیجیتال (آی تریپل ای 2020)

یک LDO مبتنی بر پمپ شارژ با امپدانس بالای پویا با ویژگی های شبیه LDO دیجیتال برای دستیابی به FoM Sub-4-fs

A Dynamically High-Impedance Charge-Pump-Based LDO With Digital-LDO-Like Properties Achieving a Sub-4-fs FoM

چکیده

1 معرفی

2 اساس معماری و عملکرد

3 تحلیل عملکرد

4 نکاتی درباره پایداری

5 پیاده سازی مداری

6 نتایج اندازه گیری

7 نتیجه گیری

منابع

چکیده

این مقاله یک رگولاتور با افت خروجی کمِ (LDO) رویداد-محورِ مبتنی بر پمپ شارژ با یک حلقه فیدبک امپدانس-بالایِ کوپلاژ ac شده (ACHZ) را معرفی می کند. با استفاده از حلقه ی ACHZ و تشخیص مداوم ناحیه مرده، LDO ارائه شده در طی گذراهای  بار در کمتر از یک سیکل ساعت، پاسخ می دهد، بنابراین در یک جریان ساکن 4.9μA برای یک FOM زیر 4-fs، دارای پاسخ و زمان های نشست به ترتیب برابر با 6.9 و 65 نانو ثانیه است. ریپل خروجی برای دستیابی به یک دامنه پایدار اندازه گیری شده است که در طول 105000 × محدوده بار پایدار (μA-105mA1) LDO دارای مقدار کمتر از 15mV است. علاوه بر تمام این ویژگی ها، LDO پیشنهادی مزایای LDOهای دیجیتالی معمولی را نیز دربر دارد: قابل حمل بودن و قابلیت راه اندازی در یک ولتاژ تغذیه پایین.

2- اساس معماری و عملکرد

معماری LDO پیشنهادی در شکل 1 نشان داده شده است. برخلاف LDOهای دیجیتالی متداول که از آرایه های ترانزیستورهای توان PMOS استفاده می کنند، طرح پیشنهادی از یک ترانزیستور توان PMOS تکی، M1، استفاده می کند که توسط یک جفت پمپ شارژ راه اندازی می شود. پمپ های شارژ به نوبه خود توسط یک جفت مقایسه گر زمان-پیوسته مبتنی بر وارونگر دینامیکی یک درمیان سازی شده ی زمانی راه اندازی می شوند که این مقایسه گرها محدوده های تنظیمات بالا و پایین (VrefH و VrefL) یک ناحیه مرده را تنظیم می کنند. خازن CC از این طرف به آن طرف ترانزیستور توان M1 قرار گرفته است تا حلقه ACHZ را تشکیل دهد. علاوه بر یک جفت مقایسه کننده زمان-پیوسته که تنظیم ناحیه مرده را انجام می دهند، یک مقایسه کننده ی کلاکیِ کمکی برای مقایسه ولتاژ خروجی با Vref، که معمولا Vref طوری تنظیم می شود که در وسط ناحیه مرده باشد، استفاده شده است تا به کمک آن بتوان تشخیص داد که آیا ولتاژ خروجی از ولتاژ مرجع مطلوب بالاتر است یا پایین تر و بتوان دقت تنظیم را از طریق یک پمپ شارژِ تنظیم دقیق 1 بیتیِ کمکی بهبود داد.

اساس عملکرد LDO به صورت زیر است. وقتی که در حالت پایدار Vout در ناحیه ی مرده بین مرزها قرار دارد، پمپ شارژهای اصلی غیر فعال هستند (فعلا پمپ شارژ تنظیم دقیق را نادیده بگیرید)، و خروجی آن ها، VG، بالا است. هر شارژ باقی مانده ذخیره شده در CC و خازن پارازیتی CG ولتاژ گیت ترانزیستور توان و در نتیجه، جریان تولید شده توسط LDO را تعیین می کند. با کوپلاژ ac مستقیم Vout به VG از طریق خازن CC، حلقه ACHZ شکل می گیرد. چون این گره، در این حالت (هنگامی که پمپ های شارژ خاموش هستند) امپدانس بالایی دارد، در طی یک گذرای بار هر کاهشی در Vout، با تنظیم راندمان کوپلاژ CC/(CC + CG)، مستقیما به VG منتقل می شود. این بطور مستقیم ولتاژ گیت M1 را کاهش می دهد، در نتیجه جریان جبرانسازی تقریباً فوری (یعنی IMOS) از طریق ترانزیستورهای توان فراهم می شود، که همانطور که در قسمت قرمز نمودارها در شکل 2 نشان داده شده است به کوتاه شدن قابل توجه زمان پاسخ کمک می کند.

گرچه این امر به بهبود قابل توجه زمان پاسخ کمک می کند، اما حلقه ACHZ ممکن است تحت هر شرایطی قادر به تامین همه جریان جبرانسازی لازم برای بازگرداندن خروجی LDO به وسط ناحیه مرده نباشد. اینجاست که پمپ های شارژ وارد عمل می شوند. وقتی که Vout به زیر VrefL کاهش می یابد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، مقایسه کننده زمان-پیوسته پایینی فعال می شود، که MchargepumpN را برای ادغام زمان-پیوسته روشن می کند. این امر باعث می شود برای کمک به بازگشت Vout به ناحیه مرده، VG بیشتر دشارژ شود و در نتیجه جریان ترانزیستور توان، IMOS، بیشتر افزایش یابد. پس از اینکه Vout به VrefL رسید، خروجی مقایسه کننده ی تشخیص مرز پایینی دوباره معکوس می شود که ترانزیستور MCPN را در پمپ شارژ خاموش می کند و بنابراین، پمپ شارژ اصلی خاموش می شود. جالب است، در طی این مرحله Vout با کمک حلقه ACHZ در ناحیه مرده قرار می گیرد_درباره جزئیات آن به تفصیل در بخش IV بحث خواهد شد.