一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器制造技术

本发明专利技术公开了一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器，包括动态偏置电压生成电路、负载电流控制开关、稳压电容、泻放电路和输出电路；轻载瞬态增强电路在轻载时不消耗任何静态电流，当低压差线性稳压器从重载切换到轻载时，轻载瞬态增强电路提供逐渐递减的负载电流，大幅减小低压差线性稳压器的建立时间，从而克服了现有的低压差线性稳压器从重载切换到轻载时建立时间过长的问题；其次，本发明专利技术不需要过多额外的辅助电路，结构简单，可以增强低压差线性稳压器轻载的瞬态响应性能，能够适用于超低功耗医疗电子应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源管理
，更为具体地讲，涉及一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器。
技术介绍
低压差线性稳压器作为电源管理系统的重要组成部分，由于外围器件少、输出噪声低、瞬态性能好等优点，在各类医疗电子设备中有着扮演着重要角色。目前，片上集成低压差线性稳压器输出电容范围仅为0～100pF，可以完全集成在系统内部，消除外部的片外电容，节省PCB引脚的面积，加快制造过程，降低系统成本，因此广泛被应用。然而，在超低功耗医疗电子设备中，比如能量收集系统的稳压器和被动式RF ID标签中，能源是一种相当稀缺的资源，因此片上集成低压差线性稳压器的静态电流和最低负载电流都必须被最小化。为了保证稳定，片上集成低压差线性稳压器最小负载电流通常为50μA到1mA，如文献“An output-capacitorless low-dropout regulator with direct voltage-spike detection”(IEEE J.Solid-State Circuits,2010,45(2):458–466)和“A 6-μW chip-area-efficient output-capacitorless LDO in 90-nm CMOS technology”(IEEE J.Solid-State Circuits,2010,45(9):755–759)，而在超低功耗医疗电子设备中，最低负载电流必须小于0.5μA。在文献“A High Slew-Rate Push-Pull Output Amplifier for Low-QuiescentCurrentLow-Dropout Regulators With Transient-Response Improvement”(IEEE Trans.Circuits Syst.II，Exp.Briefs，vol.54，no.9，755-759，Sep.2007)中，提出了一种低压差线性稳压器，这种稳压器由两个差分共栅跨导放大器、电流求和电路和电压缓冲器组成。两个跨导放大器单元由一对匹配的晶体管构成一个电流镜，然后连接成交叉耦合式而形成一个推挽输出级，从而在瞬态响应时增大功率调整管栅极的注入电流和抽取电流，最大输出电流不再像传统具有尾电流源的放大器受恒定尾电流源的限制。尽管这种稳压器一定程度上改善了功率调整管电压摆率受限的问题，但是其跨导和单位增益带宽无法在低偏置电流下响应快速的负载瞬态切换。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器，当低压差线性稳压器在轻负载时，轻载瞬态增强电路不消耗静态电流，当低压差线性稳压器从重载切换到轻载时，轻载瞬态增强电路提供一个逐渐递减负载电流使输出电压快速恢复到标准值。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种轻载瞬态增强电路，其特征在于，包括：一动态偏置电压生成电路，包括PMOS管MP1和NMOS管MN1；PMOS管MP1的栅极电压为低压差线性稳压器调整管MP的栅极电压VGP，源极分别连接到输入电源VDD，PMOS管MP1漏极与NMOS管MN1的漏极、栅极相连接，NMOS管MN1的源极相连接地，动态偏置电压生成电路生成NMOS管自适应偏置电压VBNA，即NMOS管MN1的栅极电压；一负载电流控制开关，包括PMOS管MP2、PMOS管MP3和NMOS管MN2；PMOS管MP2的源极相连接入到输入电源VDD，PMOS管MP2的栅极连接PMOS管恒定偏置电压VBP，PMOS管MP2的漏极与PMOS管MP3的栅极和NMOS管MN2的漏极相连接；PMOS管MP3的源极接入到自适应偏置电压VBNA，漏极连接稳压电容C1的一端；NMOS管MN2的栅极连接自适应偏置电压VBNA，源极接地，轻载时，VC电压为电源电压，PMOS管MP3关断；重载时，VC电压为地电压，PMOS管MP3开启；一稳压电容C1，稳压电容C1一端连接PMOS管MP3的漏极，另外一端接地，用于设置输出电路的电流下降速度；一泻放电路，包括NMOS管MN3；NMOS管MN3的源极接地，栅极连接NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1，漏极连接PMOS管MP3的漏极；泻放电路保证轻载瞬态增强电路在轻载工作时的输出电流为0，并配合稳压电容C1设置输出电路的电流下降速度；一输出电路，包括NMOS管MN4；NMOS管MN4的源极接地，栅极连接PMOS管MP3的漏极，漏极连接低压差线性稳压器的输出电压VOUT；输出电路在低压差线性稳压器从重载切换到轻载时提供逐渐递减的负载电流。进一步的，集成上述轻载瞬态增强电路的低压差线性稳压器，包括：运算放大器、调整管、补偿电容CC、恒定偏置电压生成电路、分压电阻网络、负载电阻RL和负载电容CL；恒定偏置电压生成电路生成PMOS管的恒定偏置电压VBP、NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1和NMOS管的第二恒定偏置电压VBN2；运算放大器的反向输入端连接外部基准电压VREF，同相输入端连接低压差线性稳压器的反馈电压VFB，输出端连接调整管MP的栅极；分压电阻网络输入端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，输出端连接低压差线性稳压器反馈电压VFB；调整管MP的源极接输入电源VDD，调整管MP的漏极连接低压差线性稳压器的输出VOUT；补偿电容CC一端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，另一端连接到运算放大器的NMOS管MN13的源极；负载电阻RL和负载电容CL的一端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，另一端连接地，最后再将轻载瞬态增强电路的输出端连接到低压差线性稳压器的输出VOUT。其中，所述的运算放大器是一个单级运算放大器，包括：PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7、PMOS管MP8、PMOS管MP9和NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MN9、NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12、NMOS管MN13；NMOS管MN5的源极接地，栅极连接NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1，为运算放大器提供偏置电流；NMOS管MN6的栅极连接外部基准电压VREF，NMOS管MN7的栅极连接低压差线性稳压器的反馈电压VFB，NMOS管MN6的源极、NMOS管MN7的源极与NMOS管MN5的漏极相连接，NMOS管MN6和NMOS管MN7共同作为运算放大器的差分对管；PMOS管MP4、PMOS管MP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻载瞬态增强电路，其特征在于，包括： 一动态偏置电压生成电路，包括PMOS管MP1和NMOS管MN1；PMOS管MP1的栅极电压为低压差线性稳压器调整管MP的栅极电压VGP，源极分别连接到输入电源VDD，PMOS管MP1漏极与NMOS管MN1的漏极、栅极相连接，NMOS管MN1的源极相连接地，动态偏置电压生成电路生成NMOS管自适应偏置电压VBNA，即NMOS管MN1的栅极电压； 一负载电流控制开关，包括PMOS管MP2、PMOS管MP3和NMOS管MN2；PMOS管MP2的源极相连接入到输入电源VDD，PMOS管MP2的栅极连接PMOS管恒定偏置电压VBP，PMOS管MP2的漏极与PMOS管MP3的栅极和NMOS管MN2的漏极相连接；PMOS管MP3的源极接入到输入电源VDD，漏极连接稳压电容C1的一端；NMOS管MN2的栅极连接自适应偏置电压VBNA，源极接地，轻载时，VC电压为电源电压，PMOS管MP3关断；重载时，VC电压为地电压，PMOS管MP3开启； 一稳压电容C1，稳压电容C1一端连接PMOS管MP3的漏极，另外一端接地，用于设置输出电路的电流下降速度； 一泻放电路，包括NMOS管MN3；NMOS管MN3的源极接地，栅极连接NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1，漏极连接PMOS管MP3的漏极；泻放电路保证轻载瞬态增强电路在轻载工作时的输出电流为0，并配合稳压电容C1设置输出电路的电流下降速度； 一输出电路，包括NMOS管MN4；NMOS管MN4的源极接地，栅极连接PMOS管MP3的漏极，漏极连接低压差线性稳压器的输出电压VOUT；输出电路在低压差线性稳压器从重载切换到轻载时提供逐渐递减的负载电流。...

【技术特征摘要】
1.一种轻载瞬态增强电路，其特征在于，包括： 
一动态偏置电压生成电路，包括PMOS管MP1和NMOS管MN1；PMOS管MP1的栅极电压为低压差线性稳压器调整管MP的栅极电压VGP，源极分别连接到输入电源VDD，PMOS管MP1漏极与NMOS管MN1的漏极、栅极相连接，NMOS管MN1的源极相连接地，动态偏置电压生成电路生成NMOS管自适应偏置电压VBNA，即NMOS管MN1的栅极电压； 
一负载电流控制开关，包括PMOS管MP2、PMOS管MP3和NMOS管MN2；PMOS管MP2的源极相连接入到输入电源VDD，PMOS管MP2的栅极连接PMOS管恒定偏置电压VBP，PMOS管MP2的漏极与PMOS管MP3的栅极和NMOS管MN2的漏极相连接；PMOS管MP3的源极接入到输入电源VDD，漏极连接稳压电容C1的一端；NMOS管MN2的栅极连接自适应偏置电压VBNA，源极接地，轻载时，VC电压为电源电压，PMOS管MP3关断；重载时，VC电压为地电压，PMOS管MP3开启； 
一稳压电容C1，稳压电容C1一端连接PMOS管MP3的漏极，另外一端接地，用于设置输出电路的电流下降速度； 
一泻放电路，包括NMOS管MN3；NMOS管MN3的源极接地，栅极连接NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1，漏极连接PMOS管MP3的漏极；泻放电路保证轻载瞬态增强电路在轻载工作时的输出电流为0，并配合稳压电容C1设置输出电路的电流下降速度； 
一输出电路，包括NMOS管MN4；NMOS管MN4的源极接地，栅极连接PMOS管MP3的漏极，漏极连接低压差线性稳压器的输出电压VOUT；输出电路在低压差线性稳压器从重载切换到轻载时提供逐渐递减的负载电流。 
2.一种集成权利要求1所述的轻载瞬态增强电路的低压差线性稳压器，其特征在于，包括：运算放大器、调整管、补偿电容CC、恒定偏置电压生成电路、分压电阻网络、负载电阻RL和负载电容CL； 
恒定偏置电压生成电路生成PMOS管的恒定偏置电压VBP、NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1和NMOS管的第二恒定偏置电压VBN2；运算放大器的反向输入端连接外部基准电压VREF，同相输入端连接低压差线性稳压器的反馈 电压VFB，输出端连接调整管MP的栅极；分压电阻网络输入端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，输出端连接低压差线性稳压器反馈电压VFB；调整管MP的源极接输入电源VDD，调整管MP的漏极连接低压差线性稳压器的输出VOUT；补偿电容CC一端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，另一端连接到运算放大器的NMOS管MN13的源极；负载电阻RL和负载电容CL的一端连接低压差线性稳压器的输出VOUT，另一端连接地，最后再将轻载瞬态增强电路的输出端连接到低压差线性稳压器的输出VOUT。 
3.根据权利2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述的运算放大器是一个级运算放大器，包括PMOS管MP4、PMOS管MP5、PMOS管MP6、PMOS管MP7、PMOS管MP8、PMOS管MP9和NMOS管MN5、NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、NMOS管MN9、NMOS管MN10、NMOS管MN11、NMOS管MN12、NMOS管MN13； 
NMOS管MN5的源极接地，栅极连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文锋，屈熹，刘珊，杨波，林鹏，李晓璐，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51