一种双向使能的负压低压差线性稳压器
电子技术应用
杨尚争，邓新伟，毛佳烽，胡伟波，尚佳彬
南开大学 电子信息与光学工程学院
摘要： 设计实现了一种可以双向使能的负压低压差线性稳压器（LDO）。首先介绍了传统的负压LDO基本架构及工作特点，根据负压LDO的应用场景，提出负压LDO的使能需要双向使能。其次展示传统的使能电路和提出的双向使能电路，并按照正压启动和负压启动两种情况分析。最后该负压LDO芯片基于350 nm CMOS工艺设计制造，测试结果显示，该负压LDO在使能信号大于0.6 V小于5 V区间和大于-5 V小于-0.9 V区间内可以实现双向启动，且使能电路在正压启动过程中消耗电流873 nA，在负压启动过程中消耗电流219 nA。
中图分类号：TN402 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246058
中文引用格式： 杨尚争，邓新伟，毛佳烽，等. 一种双向使能的负压低压差线性稳压器[J]. 电子技术应用，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： 杨尚争，邓新伟，毛佳烽，等. 一种双向使能的负压低压差线性稳压器[J]. 电子技术应用，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
随着集成电路的发展，物联网与便携设备的应用越来越广泛，而这些设备都离不开电源管理芯片[1]。电源管理芯片的主要作用是隔离外部电源的波动，提供稳定的输出电压供给芯片[2]。在电源管理芯片中，低压差线性稳压器因其集成度高、功耗低、电源抑制能力强、噪声小而备受关注[3-5]。
传统的低压差线性稳压器一般工作在正电压域，即电源电压大于零[6]。而在某些特殊应用场景中，如通信和基础设施、医疗健康、工业仪表等领域，会出现负电压的情况，需要低压差线性稳压器提供负电压[7-9]。通常情况下，负压电路和正压电路会同时出现在电路系统中，这些电路统一受中央处理器（MCU）的使能控制。
但是MCU只能输出正压使能信号，这就对负压LDO提出了要求，需要负压LDO既能在负压使能信号下启动，也要在正压使能信号下正常启动[10-12]。
为了实现负压LDO的双向使能，本设计基于互补型金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS）的工作特点，提出一种可以双向启动的使能电路。首先介绍了负压LDO的基本结构，并根据双向使能信号的电压特点，基于350 nm工艺，设计并制造出可以双向使能的负压LDO，最后进行测试验证，总结结论。
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作者信息：
杨尚争，邓新伟，毛佳烽，胡伟波，尚佳彬
（南开大学 电子信息与光学工程学院，天津 300350）
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