自时钟全数字LDO设计：低电压，快速瞬态响应

"本文介绍了一种自时钟全数字低压差线性稳压器（LDO）的设计，采用VerilogA建模方法实现，重点在于其双向移位功能和低功耗特性。该数字LDO电路包括粗糙和精细双环控制模块，利用双向移位寄存器产生自时钟，以提高响应速度并降低瞬态响应时间。在电路设计中，通过结合PMOS管阵列，有效减少了输出电压的下溢和过冲问题。为了进一步减少输出电压尖峰，设计中引入了电压阈值比较器和电压范围检测器，确保双环控制的精确转换。该数字LDO能够在0.8V的低电源电压下工作，支持超过260mA的负载电流，并且无需输出电容补偿，降低了系统面积和设计成本。设计验证通过ADMS混合仿真平台完成。" 在传统的模拟LDO中，虽然能提供快速瞬态响应和优秀的抗下垂/过冲能力，但随着工作电压的降低，性能会下降。数字LDO因其工艺可扩展性、紧凑性和可编程性成为低功耗应用的理想选择。常见的数字LDO利用移位寄存器控制，输出更新速度受时钟频率限制。然而，高时钟频率虽然可以提升某些性能，但也带来高功耗问题。此外，当负载快速变化时，这类LDO可能无法及时调整，导致输出电压波动，通常需要大输出电容进行补偿，但这会增加芯片面积。 本文提出的自时钟全数字LDO创新地采用了双向移位寄存器，能够自动生成时钟信号，这不仅降低了对外部时钟源的依赖，还减少了功耗。同时，通过双重控制环路设计，实现了更精确的电压调节，减少了输出电压的过冲和下溢。使用电压阈值比较器和电压范围检测器，提高了转换精度，使得LDO在负载突变时能迅速响应，避免电压尖峰，从而消除了对输出电容补偿的需求。 该设计使用VerilogA语言进行建模，这是一种广泛用于模拟和混合信号系统建模的硬件描述语言，允许对电路行为进行精确的数学描述。通过ADMS（Advanced Design System）混合仿真平台，对设计进行了验证，确保其在实际应用中的性能表现。 这种自时钟全数字LDO在保持高效能的同时，实现了低功耗和快速瞬态响应，且无需额外的输出电容补偿，对于现代电子设备尤其是物联网和移动设备等对电源管理有严格要求的领域，具有重要的应用价值。