향상된 PSRR을 갖는 저전력 Capless LDO Regulator

Abstract

국문요지

최근 전기자동차, 스마트폰, 메모리, IoT 등 우리 생활의 모든 부분에 반도체가 사용되면서 저전력, 고성능 반도체의 수요가 급증하고 있다. 전자기기를 사용하다 보면 열이 발생하게 되고 이는 곧 전력이 낭비되고 있다는 것을 의미한다. 이를 해결하기 위해 PMIC(Power Management Integrated Circuits) 분야에서는 끊임없이 고효율, 저전력 전력 관리 회로 연구에 힘을 쓰고 있다. 본 논문은 차량용 헤드램프를 구동하기 위한 60 V GaN based Buck-Boost Converter 설계 및 PSRR을 향상한 저전력 Capless LDO Regulator 설계에 관한 것이다. 차량용 반도체는 전압이 갑자기 높아지는 Load dump에 대비하여 고전압에서도 동작 할 수 있어야 하며, 높은 온도에서도 동작할 수 있는 고 신뢰성이 요구된다. 기존 실리콘 기반 스위치를 사용하기에는 한계가 존재하여 본 논문에서는 차세대 전력 반도체인 GaN 소자를 사용하여 설계하였다. 또한, 저전력 Capless LDO Regulator의 경우 PSRR을 향상시키기 위해 Feed-forward path를 구성하여 Pass transistor에서 노이즈가 서로 상쇄되어 향상되도록 설계를 하였다. Buck-Boost Converter 회로는 TSMC 0.18 μm HV BCDMOS 공정에서 제작되었다. 설계된 회로는 7 V ~ 60 V 입력, 17.5 V 출력으로 동작하며 5 MHz 주파수에서 동작한다. 최대 부하전류는 1 A이다. 저전력 Capless LDO Regulator는 Samsung 28 nm CMOS 공정에서 제작되었으며 1.2 V-2 V 입력, 1 V-1.6 V 출력으로 동작한다. 최대 부하전류는 10 mA이다.