一種雙向使能的負壓低壓差線性穩壓器
電子技術應用
楊尚爭，鄧新偉，毛佳烽，胡偉波，尚佳彬
南開大學 電子信息與光學工程學院
摘要： 設計實現了一種可以雙向使能的負壓低壓差線性穩壓器（LDO）。首先介紹了傳統的負壓LDO基本架構及工作特點，根據負壓LDO的應用場景，提出負壓LDO的使能需要雙向使能。其次展示傳統的使能電路和提出的雙向使能電路，并按照正壓啟動和負壓啟動兩種情況分析。最后該負壓LDO芯片基于350 nm CMOS工藝設計制造，測試結果顯示，該負壓LDO在使能信號大于0.6 V小于5 V區間和大于-5 V小于-0.9 V區間內可以實現雙向啟動，且使能電路在正壓啟動過程中消耗電流873 nA，在負壓啟動過程中消耗電流219 nA。
中圖分類號：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246058
中文引用格式： 楊尚爭，鄧新偉，毛佳烽，等. 一種雙向使能的負壓低壓差線性穩壓器[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：10-14.
英文引用格式： Yang Shangzheng，Deng Xinwei，Mao Jiafeng，et al. A negative-voltage LDO with bidirectional enable[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：10-14.
中文引用格式： 楊尚爭，鄧新偉，毛佳烽，等. 一種雙向使能的負壓低壓差線性穩壓器[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：10-14.
英文引用格式： Yang Shangzheng，Deng Xinwei，Mao Jiafeng，et al. A negative-voltage LDO with bidirectional enable[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：10-14.
A negative-voltage LDO with bidirectional enable
Yang Shangzheng，Deng Xinwei，Mao Jiafeng，Hu Weibo，Shang Jiabin
College of Electronic Information and Optical Engineering， Nankai University
Abstract： This article presents the design and implementation of a negative-voltage low-dropout linear regulator (LDO) with bidirectional enable functionality. Firstly, the fundamental architecture and operational characteristics of the conventional negative-voltage LDO are introduced. Based on the application scenarios of the negative-voltage LDO, the necessity for bidirectional enable is put forward. Subsequently, the traditional enable circuit and the proposed bidirectional enable circuit are demonstrated, and analyses are conducted for both positive-voltage startup and negative-voltage startup scenarios. Finally, the negative-voltage LDO chip is designed and fabricated in a 350 nm CMOS process. The test results indicate that the negative-voltage LDO can achieve bidirectional startup within the enable signal range of greater than 0.96 V and less than 5 V, as well as greater than -5 V and less than -0.9 V. Moreover, the enable circuit consumes a current of 873 nA during the positive-voltage startup process and a current of 219 nA during the negative-voltage startup process.
Key words : low dropout regulator；negative-circuit；enable circuit；quiescent current
引言
隨著集成電路的發展，物聯網與便攜設備的應用越來越廣泛，而這些設備都離不開電源管理芯片[1]。電源管理芯片的主要作用是隔離外部電源的波動，提供穩定的輸出電壓供給芯片[2]。在電源管理芯片中，低壓差線性穩壓器因其集成度高、功耗低、電源抑制能力強、噪聲小而備受關注[3-5]。
傳統的低壓差線性穩壓器一般工作在正電壓域，即電源電壓大于零[6]。而在某些特殊應用場景中，如通信和基礎設施、醫療健康、工業儀表等領域，會出現負電壓的情況，需要低壓差線性穩壓器提供負電壓[7-9]。通常情況下，負壓電路和正壓電路會同時出現在電路系統中，這些電路統一受中央處理器（MCU）的使能控制。
但是MCU只能輸出正壓使能信號，這就對負壓LDO提出了要求，需要負壓LDO既能在負壓使能信號下啟動，也要在正壓使能信號下正常啟動[10-12]。
為了實現負壓LDO的雙向使能，本設計基于互補型金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）的工作特點，提出一種可以雙向啟動的使能電路。首先介紹了負壓LDO的基本結構，并根據雙向使能信號的電壓特點，基于350 nm工藝，設計并制造出可以雙向使能的負壓LDO，最后進行測試驗證，總結結論。
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作者信息：
楊尚爭，鄧新偉，毛佳烽，胡偉波，尚佳彬
（南開大學 電子信息與光學工程學院，天津 300350）
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