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。
中图分类号： TN402
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201109
中文引用格式： 吴霞，鲍言锋，邓婉玲，等. 基于0.35 ?滋m CMOS工艺的高温高压LDO芯片设计[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201109
中文引用格式： 吴霞，鲍言锋，邓婉玲，等. 基于0.35 ?滋m CMOS工艺的高温高压LDO芯片设计[J].电子技术应用，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
随着嵌入式电子产品在日常生活的广泛应用，对电源的充电速度、续航能力及转换效率等技术指标的要求越来越高，因此对电源管理芯片提出了更高的要求。不但需要电源芯片具有精度高、功耗低和体积小等特点，在一些应用场景中，还要求芯片能在高温高压的恶劣环境中稳定地工作[1]。例如，混合动力汽车的引擎装置和控制系统通常工作于高达150 ℃以上的高温环境，石油和天然气油井的井底传感系统和监测设施的工作温度也超过150 ℃，探月工程电子设备需要在-153 ℃～127 ℃的大温差环境下工作。但目前普通的电源管理芯片的最大工作温度通常在150 ℃以下，因此不能直接应用在这种高温和大温差的环境中。
LDO作为电源管理芯片中占据市场较大份额的产品，由于具有体积小、功耗低和输出纹波小等优点，已广泛应用于片上集成系统[2-7]。但是，目前市场上LDO芯片的输入电压范围通常在2 V～5 V，当输入高于5 V时，典型应用中的大多数LDO芯片将会被烧毁[8]，从而限制了LDO在高温高压环境下的应用，因此设计一款面积小、输入电压范围大且能在高温环境中长期稳定工作的LDO芯片便显得十分必要[9-12]。
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作者信息：
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)
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