[发明专利]一种抗单粒子加固数字低压差线性稳压器及控制方法

说明书

一种抗单粒子加固数字低压差线性稳压器。使用数字方式实现，其中包括控制电路、细调比较器电路、粗调比较器电路、状态译码电路、粗调移位链、中调移位链、细调移位链、保持移位环、保持移位环、传输晶体管阵列等模块。通过将供电过程分为粗调、中调、细调三个阶段解决响应速度、电源纹波等问题：粗调阶段的快速搜索可以将响应速度提高数倍；细调阶段最小化传输晶体管的标准宽长优化电源纹波；中调阶段为粗调与细调的过渡与缓冲。采用加固单元、系统加固等多种方式对电路进行抗辐射加固。

技术领域

本发明涉及一种抗单粒子加固的使用数字方式实现的低压差线性稳压器及控制方法，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着电子系统复杂度的增加，系统内部电源的种类也时益多样化。低压差线性稳压器(LDO)可以完成电压的转换，因此得到广泛的应用。

传统的LDO使用模拟的方式工作，其基本结构如图1所示。运放用于比较输出电压Vout与参考电压Vref并产生控制信号，使用BUF增加驱动能力后驱动传输晶体管，使得输出电压Vout与参考电压Vref相等。传输晶体管需要提供负载所需的全部电流，因此尺寸非常大。随着电子系统向低压的方向发展，一方面维持运放的稳定工作更加困难，另一方面维持传输晶体管工作在饱和区也更加困难。因此，出现了数字方式工作的LDO，其基本结构如图2所示。数字LDO使用比较器代替运放，无稳定性问题；使用数字控制电路代替BUF，可以实现更加多样与强大的功能；使用传输晶体管阵列代替单个的传输晶体管，通过调整导通晶体管的数量调节驱动能力。可见，数字LDO在很大程度上解决了LDO在低压领域中遇到的问题。同时，数字化的设计使得数字LDO可以非常方便的在不同的工艺下移置，非常适合做为SOC芯片的内嵌模块。

但是，数字LDO也会遇到新的问题。一方面，数字LDO传输晶体管的导通与截止是数字化的，能提供的驱动电流也是不连续的，必须动态调整导通传输晶体管的数量，因此必然在输出电压Vout中引入纹波。另一方面，由于数字化结构，数字LDO中所有电路组件必须工作在固定的时钟频率下，电路的响应速度严重依赖于时钟频率。通常情况下，在外部负载电流发生变化时，传统结构的LDO的响应速度要快于数字LDO。

针对数字LDO的不足，各种改进型电路结构与算法陆续被研究出来。目前数字LDO的主流实现方法为：使用ADC对输出电压进行数字化，然后进行数字信号处理，处理后的信号驱动传输晶体管。如果使用1位ADC进行量化处理，则数字LDO具有最简单的结构功耗低，但相对的精度与响应速度较差；如果使用多位ADC进行量化处理，则数字LDO最有较好的精度与速度，但相对结构复杂功耗增加。如何进行取舍是困扰系统设计人员一大难题。

在航天应用领域，数字电路面临单粒子效应的因扰，而模拟电路面临器件性能退化，导致总剂量效应严重。单粒子效应可以通过加固单元、三模冗余等加固方案缓解，而总剂量效应由于器件建模仿真难度大精度低等问题无法很好的处理，目前只能通过环栅等版图技巧缓解。无法有效的提高的加固水平，无法缓解空间应用中的辐射效应问题。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，本发明提出的数字低压差线性稳压器及控制法国法提供数字低压差线性稳压器的响应速度、最小化电源纹波、电路复杂度、功耗等设计问题的一个折中解决方案。同时，通过多种加固手段进行抗辐射加固，有效的提高的加固水平，缓解空间应用中的辐射效应问题。

本发明解决的技术方案为：一种抗单粒子加固数字低压差线性稳压器，包括：控制电路、细调比较器电路、粗调比较器电路、状态译码电路、移位链、保持移位环、传输晶体管阵列、环形振荡器与带隙基准电路；