团队介绍：依托电子工程学院、集成电路学院陕西省通信专用集成电路设计工程技术研究中心，佟星元教授团队的辛昕副教授针对数字低压差线性稳压器开展了相关研究。高性能的电源管理单元是保障电子设备续航与稳定性的关键元件。信息通信系统不断智能化和微型化，对低功耗、小型化的高效电源管理单元需求快速增长。然而，随着集成电路工艺不断演进，传统模拟低压差稳压器愈发面临功耗-性能协同优化瓶颈，而数字低压差稳压器凭借其高度数字化的结构优势，具有更优越的工艺电压演进兼容性和稳健性。本研究重点对同步、异步和比例-积分-微分等典型的数字低压差稳压器架构进行了分析，指出了现有数字低压差稳压器尚存在瞬态响应、能效等方面的不足，并结合团队研究成果重点探讨了自适应时钟、自偏置比较器和瞬态增强等关键技术，为数字低压差稳压器的功耗-性能协同优化提供了有益指导，指明了数字低压差稳压器的未来技术趋势。
数字低压差稳压器综述
沈 祥1，魏东东2，辛 昕2
(1.西安电子科技大学 机电工程学院, 陕西 西安 710071; 2.陕西省通信专用集成电路设计工程技术研究中心, 陕西 西安 710121)
摘要：数字低压差稳压器(Digital Low Dropout Regulators, DLDO)由于数字兼容性高、可综合性强、工艺拓展及稳定性好的特点，在高效细粒度电源管理方面具有广泛应用。对传统DLDO工作原理进行了阐述，指出传统DLDO的瞬态响应被时钟频率所限制、能效偏低。针对同步、异步和比例-积分-微分(Proportional-Integral-Differential, PID) DLDO 3种主要的系统级架构进行稳定性分析，对比总结了自适应时钟、自偏置比较器、瞬态增强等能效提升技术。最后，汇总了现有代表性DLDO的性能指标和品质因数(Figure of Merit, FoM)，并指明了DLDO的设计趋势和未来发展方向。
关键词:低压差稳压器;快速瞬态响应;片上系统;稳定性分析;自偏置比较器
中图分类号: TN432 文献标识码:A 文章编号: 2095-6533(2025)01-0058-08
Review on digital low dropout regulators
SHEN Xiang1, WEI Dongdong2, XIN Xin2, QUAN Xing1
(1. School of Mechano-Electronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China;2. Shaanxi Engineering and Technology Research Center for Communication Specialized Integrated Circuit Design, Xi’an 710121, China)
Abstract:Digital low dropout regulators (DLDO) has a wide range of applications in efficient fine-grained power management due to its high digital compatibility, comprehensibility, process expansion and stability. The working principle of conventional DLDOs is illustrated. The limitation of low energy efficiency of their transient response imposed by the clock frequency is pointed out. Stability analyses are conducted for three major system-level architectures, namely, synchronous, asynchronous, and proportional-integral-differential (PID) DLDOs, and comparisons are summarized for energy-efficiency enhancement techniques such as adaptive clocking, self-biased comparators, and transient enhancement. Finally, the performance indicators and figure of merit (FoM) of the existing representative DLDOs are summarized, and the design trends and the future development directions of DLDOs are indicated.
Keywords:low dropout regulators; fast transient response; system on chip; stability analysis; self-biased comparator
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金项目(ZYTS24025)
作者简介:沈祥(2001—)，男，陕西汉中人，西安电子科技大学硕士研究生，主要研究方向为模拟集成电路设计。E-mail：23041212651@stu.xidian.edu.cn
魏东东(1999—)，男，山西长治人，西安邮电大学硕士研究生，主要研究方向为数字低压差稳压器设计。E-mail：weidongdong@stu.xupt.edu.cn
引文格式:沈祥,魏东东,辛昕,等. 数字低压差稳压器综述[J]. 西安邮电大学学报,2025,30(1):58-65.
SHEN X, WEI D D, XIN X, et al. Review on digital low dropout regulators[J]. Journal of Xi’an University of Posts and Telecommunications, 2025, 30(1): 58-65.