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电源管理在便携式产品及其它电子系统中的作用日益重要。随着SoC应用的日趋广泛，几乎每个芯片上都要集成电源管理模块。电源管理模块不仅用于提供系统正常工作所需的电压，而且其指标高低直接影响系统性能和电池使用效率。作为电源管理模块重要组成部分的低压差线性稳压器(LDO)，因其具有输出电压纹波小、输出噪声低、响应速度快、占用面积小等优点，广泛用于为系统中的各个子模块供电。随着电源电压的不断降低以及集成度的持续提高，这些子模块对LDO性能指标的要求也逐步提高。
本论文的研究工作围绕基于标准CMOS工艺的高性能LDO电路展开。首先根据系统中不同子模块的特殊要求，设计并仿真验证了四种各具特色的LDO:用于驱动高速数字电路模块的低压、快速响应主极点补偿LDO和滞后补偿LDO;为高性能模拟和RF模块供电的低成本、高稳定性、高精度、高PSRR改进型缓慢滚降式补偿LDO；适合SoC应用的高稳定性、快速响应Capacitor-LessLDO。此外，基于0.5μm标准CMOS工艺，对经过仿真验证的四种LDO中具有性能优势的改进型缓慢滚降式补偿LDO及相关外围电路，进行流片验证。
本论文的主要创新点包括：
(1)提出了一种反馈因子随频率变化(Frequency-DependentFeedbackFactor，FDFF)的新型反馈网络，并将其应用于主极点补偿LDO的设计中以实现低压、高PSRR和快速响应。FDFF中的低频零点，不仅可以通过抵消LDO传输元件栅端的寄生极点来实现主极点补偿机制并加快环路响应速度，而且能够通过提高PSRR反馈环路的中频段增益来增强LDO的PSRR性能。与常规ESR零点补偿LDO相比，基于FDFF的LDO，其负载瞬态响应性能可提高14倍，而从1MHz到100MHz频率范围内的PSRR性能可提高20dB；
(2)提出了一种内置SRE(Slew-RateEnhancement)电路的低压低功耗缓冲级并将其应用于滞后补偿LDO的设计中。所提出的缓冲级由低频零点产生电路、适度增益级和SRE电路组成。其中，低频零点产生电路用于增强环路稳定性，适度增益级用于提高环路增益，而SRE电路在不增加静态功耗的情况下，能够提供瞬态电流以提高内部节点的压摆率。基于新型缓冲级的LDO，不仅具有优异的低压工作能力，而且在满载时的电流使用效率可达99.99％。此外，当负载电流在1mA和200mA之间以100ns的速度瞬变时，LDO的输出电压过冲(Overshoot)和欠冲(Undershoot)分别仅为11mV和19mV；
(3)提出了一种改进型缓慢滚降式频率补偿机制(ImprovedSlow-RolloffFrequencyCompensationScheme)并将其应用于高精度、高PSRRLDO设计中。所提出的补偿机制不仅能够增强环路稳定性，而且能够增加DC及低频增益，从而有效提高输出电压精度和PSRR性能。对基于该补偿机制的LDO系统芯片的测试结果表明，在不使用修调网络并且带隙基准源的精度和PSRR较低的情况下，输出电压精度可达±1.54％，DC时的PSRR值约为71.4dB，而线性调整率高达0.0166％/V。所设计的芯片在工艺成本、静态功耗、电流效率、线性调整率及负载瞬态响应等性能指标上要优于两种商用LDO芯片；
(4)提出了等效半零点(EquivalentHalf-Zero)的设计思想并使用创新的零点.极点对来实现等效半零点。等效半零点和环路中的低频极点用于形成改进型缓慢滚降式补偿机制所需的等效半主极点(EquivalentDominantHalf-Pole)。所提出的零点-极点对产生电路均内置于LDO原有电路中，具有不增加静态功耗、不引入系统失调等优点，因此有较大的理论和实用价值。更为重要的是，通过将环路内部的寄生极点置于零点-极点对中，不仅能解决常规LDO存在的单位增益带宽过窄的问题，而且能提高稳定性，从而便于使用标准CMOS工艺；
(5)提出了一种新颖的右半平面零点消除技术并将其应用于高稳定性、快速响应Capacitor-LessLDO的设计中以满足SoC使用要求。该技术具有结构简单、功耗低等优点，其原理基于本论文提出的一种双向非对称缓冲器结构。该缓冲器能够同时提供具有信号反向功能的反馈通路和具有信号同向功能的前向通路，因而具有双重功能：反馈通路用于实现频率补偿功能并提高瞬态响应性能；前向通路用于消除由LDO功率管寄生电容产生的右半平面零点，从而改善系统稳定性并拓展单位增益带宽。与常规Capacitor-LessLDO相比，所设计LDO的环路稳定性得以增强，功耗降低16.9％，单位增益带宽增加7.7倍，建立时间缩短7倍。