一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路制造技术

本实用新型专利技术公开一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路。包括基准（VREF）产生电路、误差放大器（AMP）、功率管、电阻串分压单元、以及充电通路、放电通路、耦合电容Cc1和Cc2。在负载电流突变时，利用设计的充电通路或者放电通路对功率管的栅电容（Cg）进行快速冲放电。本实用新型专利技术设计的新颖、有效的快速瞬态响应补偿通路，在实现瞬态响应补偿的同时，很好地实现了频率补偿，能够保证片上LDO在整个负载电流变化范围内保持稳定。本实用新型专利技术的LDO电路的功率管可以工作在线性区，其输入输出压差可以控制到0.1V以内。不需外接输出电容，应用电路简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种集成电路，特别涉及片上电容结构的低压差线性稳压器 (CAP_less LD0)的一种瞬态响应增强技术。
技术介绍
由于具有电路简单、噪声小、压差小、功耗低等特点，在电池供电的射频SOC芯片 中，低压差线性稳压器（Low Drop-out voltage Regulator，简称LD0)得到了广泛的应用。 由于集成电路工艺的限制，传统LDO需要的uF量级的大输出电容只能通过外接电 容实现。而电池供电的射频SOC芯片可能需要多组电源电压，分别给射频接收部分、发送部 分、数字电路部分提供各自独立的电源，所以一颗SOC芯片可能需要多组电源管脚，多个外 接大电容。这些都增加了系统成本，加大了应用复杂度。为降低成本，片上电容（CAP_less) LDO设法去除片外大电容，仅利用芯片内部集成的IOOpF量级电容，实现频率补偿。 当LDO的输出电容被降低几个数量级时，其瞬态响应能力将受到很大影响。当负 载电流发生突变的阶跃时间小于LDO的单位增益带宽的倒数时，传统LDO的反馈环路来不 及反应，只能利用外接大电容对负载提供瞬间充放电能力，稳定输出电压。举例说明：有这 样一个LDO系统，具有IMHz的带宽，功率管栅极寄生电容Cg=20pF，栅极电压变化AV=1V， LDO对栅极电容的充放电电流Isl=20uA，外接电容取Co=4. 7uF，寄生等效串联电阻Resr=O ;负 载电流在Ius内阶跃变化的幅值Ilciad max=50mA，则可以通过如下公式计算LDO输出端电压最 大变化值：^大约为20mV，很容易满足指标要求(其中在为栅极电容电压的反应时 间)。 由于输出电容被降低了几个数量级，片上电容LDO的瞬态响应特性将受到很大影 响。同样的系统，当Co减小为InF时，同样的公式计算得到LDO输出端电压最大变化已经 达到100V，所以未采取任何瞬态响应补偿措施的片上LDO将根本无法达到快速响应负载电 流变化的指标要求。
技术实现思路
针对上述问题，本技术公开一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路。本实用 新型的目的是，去除芯片外接的大电容，改为内部集成IOOpF小电容，实现电压调整，频率 补偿，同时具有较好的瞬态响应能力。本技术是通过如下技术方案实现的。 本技术公开的一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路，其特征在于，包括基 准电压源、误差放大器、功率管、电阻串分压单元、充电通路、放电通路、耦合电容Ccl和Cc2 以及IOOpF的片上电容CINT ;误差放大器的负端接基准电压源，误差放大器的正端接由Rl 和R2组成的电阻串分压单元的中间抽头，误差放大器的输出端接功率管的栅极，功率管的 漏极接电阻串分压单元的输入端；充电通路与耦合电容Cc2串联，跨接在功率管的栅极和 漏极之间，放电通路与耦合电容Ccl串联，跨接在功率管的栅极和漏极之间；所述LDO电路 的输出端接IOOpF的片上电容。 进一步的，所述充电通路，其特征在于，耦合电容Cc2 -端接LDO输出电压端，另一 端接NMOS管Mcl的漏极，NMOS管Mcl和NMOS管Mc2接成电流镜单元，PMOS管Mc3和PMOS 管Mc4接成电流镜单元，NMOS管Mc2的漏极接PMOS管Mc3的栅极和漏极，PMOS管Mc4的漏 极接功率管的栅极，电流源12为充电通路提供偏置电流。 进一步的，所述放电通路，其特征在于，耦合电容Ccl 一端接LDO输出电压端，另一 端接NMOS管Mf的源极和NMOS管Mb的栅极，NMOS管Mb的漏极接NMOS管Mf的栅极，电流 源Ib和Il为放电通路提供偏置电流。 本技术的优点及效果在于： (1)本技术的片上LDO能够去除片外电容，节省芯片管脚资源，节省PCB面积。 (2)本技术的快速瞬态响应补偿通路，在实现瞬态响应补偿的同时，很好地实 现了频率补偿，能够保证片上LDO在整个负载电流变化范围内保持稳定。 (3)本技术的LDO电路具有较小的功率管，节省芯片面积，可以工作在线性 区，压差小，转换效率高，延长电池使用时间。【附图说明】 通过附图中的图形，以示例方式，而非限制方式来图解本技术的实施例，在这 些附图中相同的参考数字指代相似的元件。 图1是传统的片外大电容LDO结构示意图。 图2是本技术的瞬态响应增强型片上电容LDO电路的图示。 图3是本技术的用于图2中片上电容LDO的功率管栅极放电通路图示。 图4是本技术的用于图2中片上电容LDO的功率管栅极充电通路图示。 图5是本技术的用于图2中瞬态响应增强型片上电容LDO电路的交流小信号 等效电路的图不。 图6是本技术的用于图2中瞬态响应增强型片上电容LDO电路的零极点分布 图。【具体实施方式】 图1示出了传统的片外大电容LDO结构图。通常包括基准电压源、误差放大器、电 阻串分压单元、功率管以及外接陶瓷电容Co。Ri3ut代表负载电路。另外，传统LDO利用片外 钽电容的等效串联电阻形成零点或者内部另设专门的相位补偿电路实现LDO环路稳定性 补偿。 基准电压产生电路作为误差放大器的输入之一，用于提供参考电压。但负载电流 缓慢变化时，电容Co输出端电压变化，电阻串分压单元产生输出电压VOUT的分压信号，反 馈给误差放大器的另一个输入端。在反馈电压的控制下，误差放大器产生相应的输出信号， 调整功率管电流，实现调整输出电压（Vtw)的目的。当负载电流发生突变的阶跃时间小于 LDO的单位增益带宽的倒数时，传统LDO的反馈环路来不及反应，只能利用外接大电容Co对 负载提供瞬间充放电能力，稳定输出电压。由于外接电容Co较大，很容易满足指标要求。 图2示出了本技术中瞬态响应增强型片上电容LDO电路的实施例。包括基准 电压源、误差放大器、功率管、电阻串分压单元、以及充电通路、放电通路、耦合电容Ccl和 Cc2和IOOpF的片上电容Cint。同传统LDO结构一样，基准电压源提供误差放大器的参考输 入，电阻串分压单元、误差放大器、功率管接成反馈环路。反馈环路保证稳态下LDO输出电 压符合理论值。由于输出电容被降低了几个数量级，片上电容LDO的瞬态响应特性将受到 很大当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路，其特征在于，包括基准电压源、误差放大器、功率管、电阻串分压单元、充电通路、放电通路、耦合电容Cc1和Cc2以及100pF的片上电容CINT；误差放大器的负端接基准电压源，误差放大器的正端接由R1和R2组成的电阻串分压单元的中间抽头，误差放大器的输出端接功率管的栅极，功率管的漏极接电阻串分压单元的输入端；充电通路与耦合电容Cc2串联，跨接在功率管的栅极和漏极之间，放电通路与耦合电容Cc1串联，跨接在功率管的栅极和漏极之间；所述LDO电路的输出端接100pF的片上电容。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王本川，范涛，
申请(专利权)人：北京华强智连微电子有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11