초록
한정된 배터리 용량으로 장시간 모바일 시스템을 구동시키기 위하여 저전력 설계에 대한 요구가 높아지면서 PMIC(Power Management IC)의 핵심 부분인 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터의 설계에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 논문에서는 Dongbu HiTek $0.5{\mu}m$ BCDMOS 공정을 이용하여 최적화 기법 중 하나인 기하 프로그래밍(Geometric Programming: GP)을 통해 외부 커패시터가 없는 LDO 레귤레이터의 성능을 최적화하였다. 계수가 양수인 단항식 (monomial)으로 모델링된 트랜지스터의 특성 파라미터들을 이용하여 안정도(stability)와 PSR(Power-Supply Rejection)과 같은 LDO 레귤레이터의 특성을 기하 프로그래밍(Geometric Programming: GP)에 적용 가능한 형태로 유도하였다. 위상 마진(phase margin)과 PSR 모델은 시뮬레이션 결과와 비교하였을 때 각각 평균 9.3 %와 13.1 %의 오차를 보였다. 제안한 모델을 사용하여 PSR 제약 조건이 바뀔 경우, 자동화된 회로 설계를 수행하였고, 모델의 정확도를 검증하였다. 본 논문에서 유도된 안정도와 PSR 모델을 이용하면 회로의 목표 성능이 변화하더라도 부가적인 설계 시간을 줄이면서 목표 성능을 가진 회로를 재설계하는 것이 가능할 것이다.
LDO(Low Drop-Out) regulators have become an essential building block in modern PMIC(Power Managment IC) to extend battery life of electronic devices. In this paper, we optimize capacitor-less LDO regulator via Geometric Programming(GP) designed using Dongbu HiTek $0.5{\mu}m$ BCDMOS process. GP-compatible models for stability and PSR of LDO regulators are derived based on monomial formulation of transistor characteristics. Average errors between simulation and the proposed model are 9.3 % and 13.1 %, for phase margin and PSR, respectively. Based on the proposed models, the capacitor-less LDO optimization can be performed by changing the PSR constraint of the design. The GP-compatible performance models developed in this work enables the design automation of capacitor-less LDO regulator for different design target specification.
