UNIST Yoon Heein教授团队开发高性能超小型混合式电源管理LDO
电压稳定与噪声滤波性能出色的低功耗半导体刊登于IEEE JSSC
一种用于智能手机、人工智能主芯片、能够稳定电压并滤除噪声的超小型电源管理半导体已经被开发出来。
其电源管理性能达到世界最高水平，同时尺寸进一步缩小。有望助力电压波动剧烈的人工智能半导体、对噪声极为敏感的6G通信芯片等高集成度系统级芯片（SoC）的研发，这类芯片的运算核心几乎不间断运行。
UNIST电气电子工程系Yoon Heein教授团队开发出了超小型混合式电源管理半导体LDO。
研究团队，（自左起）教授 Yoon Heein，研究员 Ahn Changmin（第一作者），研究员 Ahn Hyokyung，研究员 Nam Hyunjun。UNIST 提供
View original imageLDO是一种管理供应给主芯片电源的半导体器件。比如，突然开启或关闭智能手机游戏应用时，电流使用量会急剧变化，电压也会随之大幅波动，LDO的作用就是抑制这种电压起伏，并滤除混入直流电压中的交流成分噪声。
此次开发的LDO采用在模拟电路基础上结合数字电路优点的混合结构，同时具备数字电路出色的电压稳定能力和模拟电路优异的噪声抑制性能。
实测结果显示，在电流发生99毫安变化时，该LDO将输出电压的波动抑制在54毫伏水平，并在667纳秒内将电压恢复到原始状态。其噪声抑制性能（电源抑制比，PSRR）在100毫安负载、10千赫条件下达到-53.7分贝。这意味着，当混入10千赫频率的噪声时，能够滤除约99.8%的噪声。
此外，通过去除电容器，相较于传统混合结构进一步缩小了尺寸。采用28纳米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造时，面积仅为0.032平方毫米。尺寸缩小后，可在芯片中集成更多LDO，更适合用于系统级芯片（SoC）等集成多种功能模块的高性能芯片设计。
第一作者研究员An Changmin表示：“一般的混合结构中，由于数字到模拟的转换不够平滑，需要在电路结构中加入发挥缓冲作用的电容器。我们通过采用‘无中断数字-模拟转换（D2A-TF）’和‘LGG（Local Ground Generator，本地接地发生器）’这两种全新的电路设计方式解决了这一问题。”
该LDO还被设计成只有在电流急剧变化的事件发生时才开启数字电路，因此待机功耗也较低。在综合评估待机电流、电压稳定速度和噪声抑制能力的性能指标（FoM）中，取得了0.029皮秒这一世界顶级水平。
Yoon Heein教授表示：“这是一个在电压稳定能力和噪声去除性能方面都十分出色的超小型低功耗电路，可广泛应用于人工智能半导体、6G通信芯片等系统级芯片的开发。”
本次研究成果已于9月3日发表在由电气电子工程师学会（IEEE）半导体电路学会出版的电路设计领域权威学术期刊《固态电路期刊》（Journal of Solid-State Circuits）上。
该研究在科学技术信息通信部、半导体设计教育中心以及科学技术信息通信部下属信息通信规划评价院（IITP）“区域智能化创新人才培养项目”的资助下完成。
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