빠른 응답 속도를 갖는 SIMO 출력 리플을 줄여주는 LDO 및 Pseudo Wide Bandwidth를 갖고 캐패시터 없이 동작하는 LDO와 Time-Mode Miller Capacitor를 이용하여 외부 보상 소자를 없앤 직류-직류 변환기의 설계

Abstract

하나의 supply에서 다른 전압을 만들기 위해서는 DC-DC converter 나 LDO와 같은 IC 들이 필요하다. 이들 IC는 외부 passive 소자들을 필요로 하는데 이는 면적 증가를 유발하여 cost의 증가를 가져오게 된다. 이에 따라 외부 소자들을 줄일 수 있는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에 하나로 하나의 인덕터로 여러 개의 출력 전압을 만들어 내는 SIMO(Single-Inductor Multi-Output)이 있다. SIMO 는 SISO(Single-Inductor Single-Output)에 비하여 출력이 큰데, 이를 줄이기 위해 LDO를 뒤에 연결한다. LDO의 bandwidth가 넓을수록 ripple을 줄일 수 있는데, 이는 전류 소모를 증가시킨다. 이 논문의 제 2장에서는 과도한 전류 소모를 하지 않고 간단한 구조를 추가하여 ripple을 줄일 수 있는 LDO를 설계하였다. 최근에는 LDO의 외부 capacitor를 없애는 capacitor-free LDO에 대해서도 연구가 이루어지고 있다. 하지만 기존의 capacitor-free LDO들은 drop-out voltage나 wide load range 또는 fast transient 측면에서는 부족한 면들이 있다. 제 3장에서는 이러한 단점들을 보완한 capacitor-free LDO를 설계하였다. 외부 보상 소자를 없애는 방법은 DC-DC Converter에도 적용될 수 있다. 과거 연구 중에 외부 보상 capacitor를 제거하기 위해서 Miller capacitor를 사용하는 방법이 있었다. 하지만 보상 capacitor를 작게 가져가는 대신에 zero 저항을 비정상적으로 크게 가져가는 등의 문제가 있었다. 제 4장에서는 Time-Mode Miller Capacitor라는 새로운 개념을 도입하여 진정한 의미의 on-chip compensation capacitor DC-DC Converter를 설계하였다.