一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO制造技术

本发明专利技术涉及一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，该无片外电容LDO包括：误差放大器、基准电压源模块、功率调整管、NMC密勒补偿电路、电源抑制比增强网络、瞬态响应增强电路。本发明专利技术采用NMC的补偿技术以满足系统稳定性要求；利用放大器第二级gm提高电路增大对功率管栅级的充放电电流；引入摆率增强电路可以在LDO负载从小到大阶跃跳变时，为负载提供所需的电流，从而两者共同提高低压差线性稳压器的瞬态响应能力；此外加入电源抑制比增强网络，用其控制系统PSRR的反馈因子β，将原有零点推至更高频率处，从而提升系统PSRR特性。本发明专利技术提供的无片外电容LDO在瞬态响应和电源抑制比方面都有所提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源管理
，具体涉及一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容低压差线性稳压器芯片。
技术介绍
高科技电子行业发展的进程里，电源管理芯片起到极其重要的作用，它可以为系统其余电路给予稳定电压。低压差线性稳压器芯片的简称是LDO(LowDropoutLinearVoltageRegulator)，属于电源管理芯片。显著优点有：结构简单、响应快、输出噪声低、集成度高。普及于便携电子设施中，如笔记本电脑、车辆电子配件、手机、MP3诸如此类。有片外电容与无片外电容LDO的区别在于其主电路的输出端是否接有片外电容Cout。片外电容Cout的取值一般为μF数量级，不能集成于片内，这样很大程度地降低了集成度。如果将电容Cout集成于片内，则是无片外电容LDO，集成度随之提升，所以目前无片外电容LDO的研究炙手可热。LDO首要任务是让输出电压稳定，当负载电流瞬态变化时，响应效果要好并且有良好的PSRR特性。传统的有片外电容LDO的大电容Cout接在芯片外，所以版图及PCB走线过程中，会产生等效寄生电阻Resr，在LDO输出端引入了一个零点，可以用于补偿LDO系统环路产生的极点，让环路系统稳定。并且对其瞬态响应和PSRR特性具有好的作用。但是很大的片外电容不能够在片上集成，需要焊接在芯片之外，这样就会大大地降低芯片的集成度。并且其产生的寄生等效串联电阻对系统环路稳定性起到很重要的作用，如果要让寄生的等效串联电阻较大，就必须选用价格略贵的钽电容，即提高了芯片成本。考虑到传统LDO存在的缺点，所以无片外电容LDO的研究是很有意义的。无片外电容LDO没有片外的大电容，所以会存在稳定性不好的情况。此外，片外电容对LDO电路的负载瞬态响应特性起到的作用更大，可以由它为负载充放电。没有片外大电容Cout，且瞬态响应与功率管栅极电容的大小成反比，使得电路输出电压的变化在一定程度上加大，无片外电容低压差稳压器的瞬态响应特性将变差。因此，解决无片外电容LDO存在的这些问题是其设计的要点。
技术实现思路
为了克服上述现有无片外电容LDO的瞬态响应和电源抑制比特性较差的不足，本专利技术提出了一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO。该LDO采用NMC的补偿技术，满足系统稳定性。利用一个第二级gm提高的放大器来增加对功率管栅端的充放电电流，并且加入摆率增强电路，当负载电流从小到大阶跃跳变时，为负载提供所需电流，共同缩短环路响应时间。此外提出一个电源抑制比增强网络，用其控制系统PSRR(电源抑制比)的反馈因子β，促成中频带的PSRR由零点频率的加大得以提升。本专利技术采用的技术方案是：一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：包括两级误差放大器、基准电压源、NMC密勒补偿电容Cm、功率调整管M12、电阻反馈电路、电源抑制比增强网络电路和摆率增强电路；其中，电阻反馈电路由第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2组成，误差放大器第一级为一个差分放大器，误差放大器第二级为gm提高结构的放大电路，误差放大器第一级的同相输入端与第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2之间的电位Vfb连接，误差放大器第一级的反相输入端与基准电压源的输出端Vref相接；功率调整管M12的漏极作为整个LDO的输出端Vout，其栅极接误差放大器第二级的输出端V2，源极接电源电压，NMC密勒补偿电容Cm的正极接误差放大器第一级的输出端V1，Cm的负极与LDO的输出端相连：摆率增强电路的输入端与LDO输出端Vout连接，输出端与误差放大器第一级的输出端V1连接；电源抑制比增强网络电路的输入端与LDO输出端Vout连接，输出端与第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2之间的电位Vfb连接相连。其中，第一反馈电阻R1、第二反馈电阻R2的电阻值是100KΩ～300KΩ；密勒补偿电容Cm的电容是0.5pF～2pF。所述误差放大器第二级包括第七、第八、第九PMOS管M7、M8、M9；第五、第六、第十、第十一NMOS管M5、M6、M10、M11，其中，第七PMOS管M7作为放大器第二级的电流源，第五、第六NMOS管M5、M6是一组对管；具体CMOS器件连接方式：第七PMOS管M7：源接电，栅接偏置电压Vbias，漏接第五、第六NMOS管M5、M6的漏；第五NMOS管M5：栅接误差放大器第一级的输出端V1，源接地；第六NMOS管M6：栅漏短接并连接第十一NMOS管M11的栅，源接地；第十NMOS管M10：栅接第五NMOS管M5的栅，漏接第八PMOS管M8的栅和漏，源接地；第八PMOS管M8：源接电，栅连漏并接第九PMOS管M9的栅；第九PMOS管M9：源接电，漏接第十一NMOS管M11的漏；第十一NMOS管M11：栅接第六NMOS管M6的栅，源接地。误差放大器gm的大小会影响LDO环路中gm的值，LDO环路中gm的大小对LDO系统瞬态响应起到很大的作用，本专利技术中LDO环路的gm可提高到100μS以上。进一步地，所述的摆率增强电路包括第二十五、第二十六、第三十PMOS管M25、M26、M30；第二十七、第二十八、第二十九NMOS管M27、M28、M29，其中第二十五PMOS管M25作为整个LDO负载的电流源，第三十PMOS管M30作为摆率增强电路电流源；具体CMOS器件连接方式：第二十五PMOS管M25：源接电，栅接第六NMOS管M6的栅，漏接整个LDO的输出Vout；第二十六PMOS管M26：栅接漏，源接电，漏接第二十七NMOS管M27漏；第二十七NMOS管M27：栅接第三十PMOS管M30漏，源接第二十八NMOS管M28漏；第二十八NMOS管M28：栅接偏置电压Vn，源接地；第三十PMOS管M30：源接电，栅接偏置电压Vbias，漏接第二十七NMOS管M27栅和第二十九NMOS管M29漏；第二十九NMOS管M29：栅接两级误差放大器第一级输出端V1，源接地。进一步地，所述的电源抑制比增强网络电路包括第十五、第十六、第十九、第二十、第二十一、第二十四PMOS管M15、M16、M19、M20、M21、M24；第十三、第十四、第十七、第十八、第二十二、第二十三NMOS管M13、M14、M17、M18、M22、M23，其中，第十九PMOS管M19作为电流源，第十五、第十六PMOS管M15、M16是一组对管；具体CMOS器件连接方式：第十三NMOS管M13：栅接整个LDO的输出Vout，漏接电，源接第十四NMOS管M14的漏；第十四NMOS管M14：栅接偏置电压Vn，源接地；第十九PMOS管M19：栅接偏置电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：包括两级误差放大器、基准电压源、NMC密勒补偿电容(Cm)、功率调整(M12)、电阻反馈电路、电源抑制比增强网络电路和摆率增强电路；其中，电阻反馈电路由第一反馈电阻(R1)和第二反馈电阻(R2)组成，误差放大器第一级为一个差分放大器，误差放大器第二级为gm提高结构的放大电路，误差放大器第一级的同相输入端与第一反馈电阻(R1)和第二反馈电阻(R2)之间的电位Vfb连接，误差放大器第一级的反相输入端与基准电压源的输出端Vref相接；功率调整管(M12)的漏极作为整个LDO的输出端Vout，其栅极接误差放大器第二级的输出端V2，源极接电源电压，NMC密勒补偿电容(Cm)的正极接误差放大器第一级的输出端V1，NMC密勒补偿电容(Cm)的负极与LDO的输出端相连：摆率增强电路的输入端与LDO输出端Vout连接，输出端与误差放大器第一级的输出端V1连接；电源抑制比增强网络电路的输入端与LDO输出端Vout连接，输出端与第一反馈电阻(R1)、第二反馈电阻(R2)之间的电位Vfb连接相连。

【技术特征摘要】
1.一种提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：包括两级误差放
大器、基准电压源、NMC密勒补偿电容(Cm)、功率调整(M12)、电阻反馈电路、电源抑
制比增强网络电路和摆率增强电路；其中，电阻反馈电路由第一反馈电阻(R1)和第二反馈
电阻(R2)组成，误差放大器第一级为一个差分放大器，误差放大器第二级为gm提高结构
的放大电路，误差放大器第一级的同相输入端与第一反馈电阻(R1)和第二反馈电阻(R2)
之间的电位Vfb连接，误差放大器第一级的反相输入端与基准电压源的输出端Vref相接；功
率调整管(M12)的漏极作为整个LDO的输出端Vout，其栅极接误差放大器第二级的输出
端V2，源极接电源电压，NMC密勒补偿电容(Cm)的正极接误差放大器第一级的输出端V1，
NMC密勒补偿电容(Cm)的负极与LDO的输出端相连：摆率增强电路的输入端与LDO输出
端Vout连接，输出端与误差放大器第一级的输出端V1连接；电源抑制比增强网络电路的输
入端与LDO输出端Vout连接，输出端与第一反馈电阻(R1)、第二反馈电阻(R2)之间的电位
Vfb连接相连。
2.根据权利要求1所述的提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：
所述第一反馈电阻(R1)、第二反馈电阻(R2)的电阻值是100KΩ～300KΩ；密勒补偿电容(Cm)
的电容是0.5pF～2pF。
3.根据权利要求1所述的提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：
所述误差放大器第二级包括第七、第八、第九PMOS管(M7)、(M8)、(M9)；第五、第六、
第十、第十一NMOS管(M5)、(M6)、(M10)、(M11)，其中，第七PMOS管(M7)作为放大器
第二级的电流源，第五、第六NMOS管(M5)、(M6)是一组对管；具体CMOS器件连接方
式：第七PMOS管(M7)：源接电，栅接偏置电压Vbias，漏接第五、第六NMOS管(M5)、
(M6)的漏；第五NMOS管(M5)：栅接误差放大器第一级的输出端V1，源接地；第六
NMOS管(M6)：栅漏短接并连接第十一NMOS管(M11)的栅，源接地；第十NMOS管(M10)：
栅接第五NMOS管(M5)的栅，漏接第八PMOS管(M8)的栅和漏，源接地；第八PMOS管(M8)：
源接电，栅连漏并接第九PMOS管(M9)的栅；第九PMOS管(M9)：源接电，漏接第十一NMOS

\t管(M11)的漏；第十一NMOS管(M11)：栅接第六NMOS管(M6)的栅，源接地。
4.根据权利要求1所述的提高瞬态响应和电源抑制比的无片外电容LDO，其特征在于：
所述的摆率增强电路包括第二十五、第二十六、第三十PMOS管(M25)、(M26)、(M30)；第
二十七、第二十八、第二十九NMOS管(M27)、(M28)、(M29)，其中第二十五PMOS...

【专利技术属性】
技术研发人员：常玉春，余芝帅，吕春燕，李欣序，丁宁，陈佳俊，李兆涵，彭灿，崔霜，胡冰妍，陈腾，刘天照，王耕耘，李海彬，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22