基于0.35 μm CMOS工艺的高温高压LDO芯片设计
2021年电子技术应用第12期
吴 霞，鲍言锋，邓婉玲，黄君凯
暨南大学 信息科学技术学院 电子工程系，广东 广州510632
摘要： 基于X-FAB xa 0.35 μm CMOS工艺，首先采用Cascode电流镜和高压管，设计了一种具有高电源抑制比且无需额外提供偏置模块的高温高压基准电路，在输入电压为5.5 V～30 V、工作温度为-55 ℃～175 ℃时，可获得稳定的0.9 V基准电压。接着针对负反馈环路的稳定性问题，根据动态零点补偿原理设计了一种新的动态零点补偿电路，使系统在全负载变化范围内保持稳定。同时配合其他过温保护、过压保护、过流保护和逻辑控制等电路模块，完成一款面积为2.822 3 mm2的高温高压低压差线性稳压器(LDO)芯片的设计。
中圖分類號： TN402
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201109
中文引用格式： 吳霞，鮑言鋒，鄧婉玲，等. 基于0.35 ?滋m CMOS工藝的高溫高壓LDO芯片設計[J].電子技術應用，2021，47(12)：120-125.
英文引用格式： Wu Xia，Bao Yanfeng，Deng Wanling，et al. Design of high temperature and high voltage LDO using 0.35 ?滋m CMOS process[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(12)：120-125.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201109
中文引用格式： 吳霞，鮑言鋒，鄧婉玲，等. 基于0.35 ?滋m CMOS工藝的高溫高壓LDO芯片設計[J].電子技術應用，2021，47(12)：120-125.
英文引用格式： Wu Xia，Bao Yanfeng，Deng Wanling，et al. Design of high temperature and high voltage LDO using 0.35 ?滋m CMOS process[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(12)：120-125.
Design of high temperature and high voltage LDO using 0.35 ?滋m CMOS process
Wu Xia，Bao Yanfeng，Deng Wanling，Huang Junkai
College of Information Science and Technology，Jinan University，Guangzhou 510632，China
Abstract： In this paper, based on X-FAB xa 0.35 μm CMOS process, a cascode current mirror and high voltage MOS transistors are used to design a high temperature and high voltage reference circuit with high power supply rejection ratio without additional bias circuit module, and thus, a stable 0.9 V reference voltage can be obtained when the input voltage is in the range of 5.5 V~30 V and the operating temperature is in the range of -55 ℃~175 ℃. Then, according to the principle of dynamic zero compensation, a new dynamic zero compensation circuit is designed to make the system to maintain stability in the full load voltage range. At the same time, with the design of other circuit modules such as over-temperature protection, over-voltage protection, over-current protection and logic control circuit modules, a low-dropout linear regulator(LDO) chip with high temperature and high voltage is finally designed, the area of which is 2.822 3 mm2.
Key words : LDO；CMOS；high temperature and voltage；0.35 μm process
0 引言
隨著嵌入式電子產品在日常生活的廣泛應用，對電源的充電速度、續航能力及轉換效率等技術指標的要求越來越高，因此對電源管理芯片提出了更高的要求。不但需要電源芯片具有精度高、功耗低和體積小等特點，在一些應用場景中，還要求芯片能在高溫高壓的惡劣環境中穩定地工作[1]。例如，混合動力汽車的引擎裝置和控制系統通常工作于高達150 ℃以上的高溫環境，石油和天然氣油井的井底傳感系統和監測設施的工作溫度也超過150 ℃，探月工程電子設備需要在-153 ℃～127 ℃的大溫差環境下工作。但目前普通的電源管理芯片的最大工作溫度通常在150 ℃以下，因此不能直接應用在這種高溫和大溫差的環境中。
LDO作為電源管理芯片中占據市場較大份額的產品，由于具有體積小、功耗低和輸出紋波小等優點，已廣泛應用于片上集成系統[2-7]。但是，目前市場上LDO芯片的輸入電壓范圍通常在2 V～5 V，當輸入高于5 V時，典型應用中的大多數LDO芯片將會被燒毀[8]，從而限制了LDO在高溫高壓環境下的應用，因此設計一款面積小、輸入電壓范圍大且能在高溫環境中長期穩定工作的LDO芯片便顯得十分必要[9-12]。
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作者信息：
吳 霞，鮑言鋒，鄧婉玲，黃君凱
(暨南大學 信息科學技術學院 電子工程系，廣東 廣州510632)
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