چکیده
در این مقاله تاثیر استفاده از انواع مختلف مقاومت در رگولاتور (تنظیم کننده) ولتاژ با افت خروجی کم (LDO) و بدون خازن، از نظر ویژگی های اصلی عملکرد بررسی می شود. به منظور دستیابی به این امر، یک رگولاتور ولتاژ LDO 1.8 ولتی طراحی شده است و با استفاده از تکنولوژی CMOS 180 نانومتر شبیه سازی شده است و ولتاژ تغذیه آن 3.3 ولت است. شبیه سازی ها در سطح شماتیک در نرم افزار کیدنس برای پنج نوع مختلف مقاومت در یک LDO یکسان، انجام شده است و عملکرد آن ها از نظر دقت ولتاژ خروجی، پایداری و نسبت حذف منبع تغذیه (PSRR) مقایسه شده است. با توجه به نتایج شبیه سازی، تفاوتهای قابل توجهی در عملکرد LDOها با انواع مختلف مقاومت مشاهده شده است. LDO با مقاومت hpoly بهترین نتایج را از نظر پایداری نشان می دهد، در حالی که LDO با مقاومت pdiffb بالاترین PSRR را دارد.
2.طراحی LDO
A. طراحی زیر-مدارهای LDO
LDO در این مقاله از یک ساختار آپ-امپ تفاضلی تک طبقه برای تقویت کننده خطای خود، استفاده کرده است که در شکل 2 نشان داده شده است. این ساختار به دلیل سادگی طراحی و پایداری انتخاب شده است [6]. ترانزیستور گذر مورد استفاده در LDO، یک PMOS است. PMOS به عنوان ترانزیستور گذر، در اکثر LDOها بطور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، این به دلیل مشخصه عملکرد آن است که وقتی که ولتاژ گیت بواسطه یک ولتاژ آستانه از ولتاژ سورس کمتر باشد، ترانزیستور روشن می شود. این امر آن را برای سیستم های با ولتاژ تغذیه کم، که در حال حاضر در بیشتر طرح های مدار مجتمع وجود دارد، مناسب می سازد [7]، زیرا تکنولوژی CMOS با گذشت زمان از نظر مقیاس کوچکتر می شود. اگر NMOS به عنوان ترانزیستور گذر استفاده شود، به یک ولتاژ بالاتر که برای روشن کردن ترانزیستور گذر کاملا کافی باشد، نیاز است. اگر ولتاژ تغذیه به اندازه کافی بزرگ نباشد، مدارهای مکمل برای افزایش ولتاژ گیت مورد نیاز است.
همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، دو مقاومت برای شبکه فیدبک در LDO استفاده شده است. در این طرح مقدار VREF برابر 1.2 ولت است و گره فیدبک LDO را روی این ولتاژ تنظیم می کند. برای حفظ جریان از پیش تنظیم شده 10μA که از دو مقاومت عبور می کند، یک مقاومت 120kΩ برای R2 مورد نیاز است. برای تولید ولتاژ خروجی 1.8 ولت در LDO، R1 در 60kΩ تنظیم شده است. با یک خازن بار 100pF تنظیم جریان بار برای شبیه سازی 10mA است. ظرفیت خازنی بار براساس LDOهای بدون خازن در دسترس، تعیین شد [8,9].
B. انواع مقاومت تست شده
انواع مختلف مقاومت در کتابخانه فرآیندCMOS 180nm در دسترس است. مقاومت هایی با مقدار مقاومت کوچکتر وجود دارند (در محدوده ده ها اهم تا کیلو اهم) در حالی که مقاومت هایی که می توانند مقادیر مقاومت بزرگتری را فراهم کنند، نیز وجود دارد (تا محدوده مگا اهم). هر نوع مقاومت دارای عنصر پارازیتی مخصوص به خود است که توسط قواعد طراحی و استانداردهای تکنولوژی مدل شده است، که این به این معنی است که پارازیتی ها هنگام شبیه سازی مقاومت در نظر گرفته می شوند. مقاومت های آزمایش شده در این مقاله، همه در دسته مقاومت های بزرگتر هستند، همچنین مقاومت های R1 و R2 در محدوده ده ها و صدها کیلو اهم هستند. مقاومت های تست شده که به مرحله نهایی رسیدند پنج نوع هستند که در زیر ذکر شده است:
