超小型半導體器件助芯片穩壓濾噪

科技日報記者 張佳欣

低壓差線性穩壓器（LDO）是芯片內部的“穩壓心臟”，可為不同功能模塊提供乾淨、穩定的電源。韓國蔚山科學技術院的研究團隊研發出一種超小型混合LDO，有望顯著提升先進半導體器件的電源管理效率。它不僅能更穩定地輸出電壓，還能濾除噪聲，同時佔用更少的空間，為人工智能、6G通信等領域的高性能片上系統提供了新方案。相關成果發表於新一期《IEEE固態電路期刊》。

新型LDO採用了模擬與數字電路融合的混合設計，兼具兩者優勢，即便在電流需求急劇變化時，也能確保電壓穩定供應。例如，當智能手機啓動大型遊戲時，能確保穩定的電力輸送，並有效阻止電源中不必要的噪聲。

此次研發的與眾不同之處在於，採用了先進的數模轉換方法與局部接地生成器技術，兩者協同工作，實現了卓越的電壓穩定性和噪聲抑制。實驗數據顯示，在電流快速波動達99毫安的情況下，芯片電壓紋波僅為54毫伏，並能在667納秒內恢復正常電壓。此外，在10千赫頻率、100毫安負載下，電源抑制比達到-53.7分貝，幾乎完全濾除了該頻率範圍內的電源噪聲。

新型LDO另一個主要優勢在於其尺寸。它無需外接電容，採用28納米CMOS工藝製造，芯片面積僅為0.032平方毫米，大大節省了空間。團隊稱，傳統混合LDO往往依賴大型電容來平滑數模轉換，這限制了其在高密度片上系統中的應用。新設計通過無縫的數模轉換過程，既縮小了體積，又提高了能效。

新型LDO還具有極低的待機功耗，其僅在突發功率需求時激活工作，這進一步提升了系統能效。其綜合性能指標僅為0.029皮秒，創下新紀錄。