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LDO的负载电容如何确定

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
我正在设计一款给数字电路供电的capless LDO,需要确定LDO的负载电容,也就是数字电路的等效输入电容。
请问这个等效输入电容该如何仿真测量呢?

看你的规模了,从10pF~10nF都有可能,你设计的电路需要在负载Cap有一定必定范围都能有效

比如可以先考虑100pF~1nF范围

跑出功耗值

呃,我现在已经有了数字电路了。我的意思是能不能通过仿真,确定数字电路的输入电容的范围?

请问具体仿真方法是怎样的?谢谢?

数字电路的寄生Cap是一个范围,你可以去估算,你想一下MOS用作Cap时是怎么连接的,再估算你的数字门的规模,当数字部分在工作时,开关gates的数目是随机波动的,所以寄生cap是一个波动的值。

所以capless仿真的负载cap范围要大一些,这样实际使用才比较可靠。

嗯。这个我明白啊。但是我还是想通过仿真确定一个大概的量级,然后再这个量级上确定我负载电容的范围,向上向下都变化一个量级应该够了。
所以还是需要一个仿真测量的方法。

Cap不是通过仿真来估算的,首先你要计算出是什么量级,通过仿真来验证。



不好意思,我没明白,最后通过仿真来“验证"是指的什么?
你说的cap不能通过仿真来估算,那么在设计capless LDO的时候,负载电容会对稳定性有影响,应该怎么考虑这个问题呢?

我只是指出一个思想,设计者首先要知道怎么估算寄生Cap,仿真是来验证人得思想而不是代替人思考的。设计Capless LDO其实不用那么纠结,你只要知道数字部分的规模,,负载需要的最大和最小电流,最大电流变化率就可以开始设计了

什么的寄生Cap,它是怎么产生的,建议你好好看看书,反复看。理解了就不会特别纠结了。
还有你设计的难度很大程度上不是由寄生Cap决定的,而是数字部分需要的电流变化率决定的,这是个最大的难点。
也就是说你的寄生Cap最后采用的是:100pF,后者200pF,还是300pF,甚至400pF,500pF差别都不是很大。

倒是dI/dt这是一个很关键的参数。还有Imax,如果这个值很大(比如远大于1000mA/us),那么需要比较复杂的设计,这时候想兼顾低功耗是个问题

还是那句话,最后你设计出来的Capless LDO ,当寄生Cap变化比较大时还是一样能工作的。一开始只要很粗略的值。比如你估算出来是500pF,即使最后数字部分实际是300pF或者是800pF,这个对你的设计没有很大的影响。

当然前提是你要学会估算。不能差的太大,一般估算误差300%以内都可以接受,只有估算误差1000%(10倍)以上才可能(注意也只是可能)会导致设计时的问题。数字部分实际工作时寄生Cap有很大的波动的,围绕中间值上下波动100%以上很正常。

请问semico_ljj大侠,dI/dt这个值如何估算呢?

我想这个很难有准确的仿真,数字的负载电流还有开关的门数是动态的。百万门级90nm左右的数字电路,负载在几百pF应该是个比较合理的估值。

我又细想了一下,这样估值看看是不是合理:
假设一个百万门级的数字电路,先粗略估计有100万个PMOS管在VDD负载。如果这些PMOS都在线性区(全部为导通的情况,这样对VDD的负载电容最大),对于单个管来说,Cgs=(1/2)*W*L*Cox=(3/2)*Width fF/um (Width是管的宽,可以参考Sansen书的0160号幻灯片,线性区Cgs的公式可以参考拉扎维图2.33)。
如果你用90nm的工艺,假设PMOS的宽为200nm,Cgs=0.3fF。100万个管就是1e6*0.3e-15=300pF。
这只是粗略估算,VDD上的P管数不一定精确,也有一部分P管可能在截止区,所以你大概可以有个预估,留好余量。

1M门级的可以预估为1nF,不会有很大的问题的


dI/dt是数字部分功率切换或者说是动态功耗变化决定的,这个要设计人员商量的,最大值以上再保留一些余量

感谢你的回复!
我知道怎么估算寄生电容哈。可以从官方的文件中找到gate density,根据面积得到门的数量,然后仿真或者计算出每一个门的寄生电容,然后乘以门的数量,应该是这个流程吧。
问题是我这样推算出来的结果大概只有4pF左右的电容。但是我自己想了个方法仿真了一下等效的输入电容,发现有300pF左右。出入太大,所以想到版上来问一下。

你这个差别有点大了,我觉得你的估算可能小了一些,但是你的仿真得出的Cap的方法可能也有问题。

你用什么方法仿真出等效电容的呢?我觉得可能有问题

不好意思。确实是估计小了,应该在40pF左右。而且我估计的应该是比较乐观的值,我只算了PMOS的Cbs和Cgs。这样完全没考虑NMOS管,我觉得再乘以一个2也应该算合理。所以大概在80pF左右。
这样与仿真结果相差400%。
能不能算一个可以接受的范围?

我的想法是把数字电路当作黑盒子,里面就是由电阻,电容,以及一些受控源组成的电路。
然后,在电源上加上小信号,做ac分析。
取出电源中流出电流的虚部。
这个电流应该就是对应的容性阻抗部分的电流。

这个方法我不好说对不对,只是绝的有点问题!

基本没有很大的问题,是只需要算PMOS或者NMOS即可
但是除了Gate上的寄生Cap,你还要估算S、D上的寄生Cap,Metal Cap一般可以忽略,贡献率小于10%

好的,非常感谢!

学习了

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