高いノイズ除去性能と極低電力を両立するLDOレギュレータ回路

大阪大学工学研究科の兼本大輔准教授らは、ユーザーに負担が少ないウェアラブルな脳波計を研究する中で、超低消費電力と高性能を両立する低ドロップアウトレギュレータ（LDO）技術を開発しました。

彼らは、自身のウェアラブルかつワイヤレスな脳波計に対し、非常に厳しい低電力化を求め、その中で削減対象としてLDOに注目しました。LDOは、バッテリーやDC-DCコンバータなどが生成する直流電圧（入力電圧）を、下流の素子が使うための低い直流電圧（出力電圧）に変換する素子です。LDOにはさらに、入力電圧が持つ変動成分「リップル」を除去する機能も求められ、このリップル抑制の能力はPSRR（Power Supply Rejection Ratio）と呼ばれます。

兼本先生らは、LDOに対して、高いリップル抑制能力も求めました。脳波は微弱な信号なのでできるだけきれいな電源信号が必要だからです。典型的なLDOは低周波数（直流から数kHz）のリップル除去能力は高いですが、高い周波数（数kHz以上）の能力は乏しいと言われています。この問題（高周波数でPSRRが悪い）を解決するために、「LDOの多段化」に代表されるいくつかの方法が提案されていますが、それらは消費電力を大きくする方向に働きます。兼本先生らは、従来の常識を覆す、画期的なLDOの開発を目指し研究を続けました。

先生方が到達した高性能LDOは、彼らが独自開発した「補助増幅器」の回路で構成されており、高い周波数帯のPSRRを10 dB以上も改善することに成功しました。しかも、消費電力は、マイクロアンペアを下回る極小です。これは市販されているLDOチップの中でも最小品と同等かそれより低い値です。