一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器制造技术

一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，属于电源管理技术领域。包括误差放大器、功率管MP、密勒电容CL、第一分压电阻和第二分压电阻，功率管MP的源极连接输入电压VIN，其漏极通过第一分压电阻和第二分压电阻的串联结构后接地；误差放大器的负向输入端连接基准电压Vref，其正向输入端连接第一分压电阻和第二分压电阻的串联点，其输出端连接功率管MP的栅极，密勒电容CL接在功率管MP的漏极和地之间；误差放大器采用STCB结构的误差放大器，STCB结构的误差放大器的输入级插入瞬态增强结构；优选实施例中功率管MP的栅极和漏极之间还连接有微分器同时LDO引入自适应偏置结构。本发明专利技术在提升瞬态响应速度的同时大幅度减小了环路补偿所需的密勒电容。

An on-chip low dropout linear regulator with fast transient response

An on-chip low dropout linear regulator with fast transient response belongs to the field of power management technology. Including the error amplifier, power tube MP, Miller CL, the first capacitor divider resistor and second divider resistor, power source connecting pipe MP input voltage VIN, the drain through the first second series structure of pressure resistance and pressure resistance after grounding; error amplifier negative input terminal connected with reference voltage Vref and its positive input terminal connected to the first resistor and the second resistor in series, the output end is connected with the power transistor MP gate capacitor CL is connected between Miller in power tube MP and the drain; the error amplifier using STCB error amplifier structure, input error amplifier STCB structure into transient enhancement structure; the preferred embodiment the gate and drain of the power transistor MP is connected between a differentiator while LDO adaptive biasing structure. The present invention greatly reduces the Miller capacitance required for loop compensation while improving the transient response speed.

【技术实现步骤摘要】
一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器
本专利技术属于电源管理
，具体涉及一种低压差线性稳压器的设计。
技术介绍
低压差线性稳压器(LDO)作为电源管理芯片中重要的一类电路，以其低噪声、低成本、低功耗等特点被广泛应用于消费电子、医疗电子、航空航天等领域。LDO通过放大经输出反馈得来的误差信号来控制功率管，以提供输出电流驱动负载，其本质是根据输出电压来调节负载电流的压控电流源，如图1所示。传统的片上集成LDO(Cap-lessLDO)包括误差放大器(EA)、功率管、电阻反馈网络、负载电容。基本工作原理为：电阻反馈网络采样输出电压，与基准电压作差后放大，通过控制功率管来提供负载电流。传统的Cap-lessLDO输出极点为次级点，主极点在EA输出或EA内部，采用功率管栅漏跨接密勒电容电阻来分离主次极点的补偿方案，轻载下将次级点推至GBW外以获得足够的相位裕度。然而，该方案在极轻载下需要很大的密勒电容来进行环路补偿，耗费了相当大的芯片面积。由于EA的带宽、摆率(SR)限制，抽灌功率管栅电容需要经过一定的延迟，这个延迟时间内的负载电流由输出电容承担，造成输出电压下冲(undershoot)较大、过冲(overshoot)建立时间过长等问题。
技术实现思路
为了解决传统Cap-lessLDO轻载下环路补偿困难，以及瞬态响应过慢的问题，本专利技术提出一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，通过运用STCB结构的误差放大器和瞬态增强结构，提升了瞬态响应速度，同时大幅度减小了环路补偿所需的密勒电容。本专利技术的技术方案是：一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，包括误差放大器、功率管MP、密勒电容CL、第一分压电阻和第二分压电阻，功率管MP的源极连接输入电压VIN，其漏极通过第一分压电阻和第二分压电阻的串联结构后接地；误差放大器的负向输入端连接基准电压Vref，其正向输入端连接第一分压电阻和第二分压电阻的串联点，其输出端连接功率管MP的栅极，密勒电容CL接在功率管MP的漏极和地之间；所述误差放大器采用STCB结构的误差放大器，所述STCB结构的误差放大器的输入级插入瞬态增强结构。具体的，所述STCB结构的误差放大器采用两级级联结构，包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14和第十五PMOS管MP15，第一PMOS管MP1的栅极作为所述STCB结构的误差放大器的正向输入端，第二PMOS管MP2的栅极作为所述STCB结构的误差放大器的负向输入端；第三PMOS管MP3的栅极接第一偏置电压VB1，其漏极连接第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2的源极；第一NMOS管MN1的栅漏短接并连接第一PMOS管MP1的漏极、第九NMOS管MN9和第十NMOS管MN10的栅极，第二NMOS管MN2的栅漏短接并连接第二PMOS管MP2的漏极、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的栅极；第四PMOS管MP4的栅漏短接并连接第三NMOS管MN3的漏极和第十二PMOS管MP12的栅极，第十一PMOS管MP11的栅漏短接并连接第九NMOS管MN9的漏极和第五PMOS管MP5的栅极；第六PMOS管MP6的栅漏短接并连接第四NMOS管MN4和第五PMOS管MP5的漏极、第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8的栅极，第十三PMOS管MP13的栅漏短接并连接第十NMOS管MN10和第十二PMOS管MP12的漏极、第十四PMOS管MP14和第十五PMOS管MP15的栅极；第五NMOS管MN5的栅漏短接并连接第七PMOS管MP7的漏极和第十二NMOS管MN12的栅极，第十一NMOS管MN11的栅漏短接并连接第十四PMOS管MP14的漏极和第六NMOS管MN6的栅极；第七NMOS管MN7的栅漏短接并连接第八NMOS管MN8的栅极、第六NMOS管MN6和第八PMOS管MP8的漏极，第十三NMOS管MN13的栅漏短接并连接第十四NMOS管MN14的栅极、第十二NMOS管MN12和第十五PMOS管MP15的漏极；第九PMOS管MP9的栅漏短接并连接第八NMOS管MN8的漏极和第十PMOS管MP10的栅极，第十PMOS管MP10和第十四NMOS管MN14的漏极互连并作为所述STCB结构的误差放大器的输出端；第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13和第十四NMOS管MN14的源极接地，第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9、第十PMOS管MP10、第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第十三PMOS管MP13、第十四PMOS管MP14和第十五PMOS管MP15的源极接输入电压VIN。具体的，所述瞬态增强结构包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16、第十七NMOS管MN17、第十八NMOS管MN18、第十六PMOS管MP16、第十七PMOS管MP17、第十八PMOS管MP18和第十九PMOS管MP19，第十八NMOS管MN18的栅极通过第二电阻R2后接第二偏置电压VB2，其漏极接第十七PMOS管MP17的漏极、第十八PMOS管MP18的栅极和漏极以及第十九PMOS管MP19的栅极，第一电阻R1接在第十八PMOS管MP18的源极和输入电压VIN之间，第一电容C1接在第十八NMOS管MN18的栅极和功率管MP的漏极之间；第十六PMOS管MP16的栅极通过第三电阻R3后接第一偏置电压VB1，其漏极接第十五NMOS管MN15的漏极、第十六NMOS管MN16的栅极和漏极以及第十七NMOS管MN17的栅极，第四电阻R4接在第十六NMOS管MN16的源极和地之间，第二电容C2接在第十六PMOS管MP16的栅极和功率管MP的漏极之间；第十五NMOS管MN15的栅极连接所述STCB结构的误差放大器中第三NMOS管MN3的栅极，第十七PMOS管MP17的栅极连接所述STCB结构的误差放大器中第五PMOS管MP5的栅极；第十七NMOS管MN17和第十九PMOS管MP19的漏极接功率管的栅极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，包括误差放大器、功率管(MP)、密勒电容(CL)、第一分压电阻和第二分压电阻，功率管(MP)的源极连接输入电压(VIN)，其漏极通过第一分压电阻和第二分压电阻的串联结构后接地；误差放大器的负向输入端连接基准电压(Vref)，其正向输入端连接第一分压电阻和第二分压电阻的串联点，其输出端连接功率管(MP)的栅极，密勒电容(CL)接在功率管(MP)的漏极和地之间；其特征在于，所述误差放大器采用STCB结构的误差放大器，所述STCB结构的误差放大器的输入级插入瞬态增强结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，包括误差放大器、功率管(MP)、密勒电容(CL)、第一分压电阻和第二分压电阻，功率管(MP)的源极连接输入电压(VIN)，其漏极通过第一分压电阻和第二分压电阻的串联结构后接地；误差放大器的负向输入端连接基准电压(Vref)，其正向输入端连接第一分压电阻和第二分压电阻的串联点，其输出端连接功率管(MP)的栅极，密勒电容(CL)接在功率管(MP)的漏极和地之间；其特征在于，所述误差放大器采用STCB结构的误差放大器，所述STCB结构的误差放大器的输入级插入瞬态增强结构。2.根据权利要求1所述的具有快速瞬态响应的片上低压差线性稳压器，其特征在于，所述STCB结构的误差放大器采用两级级联结构，包括第一NMOS管(MN1)、第二NMOS管(MN2)、第三NMOS管(MN3)、第四NMOS管(MN4)、第五NMOS管(MN5)、第六NMOS管(MN6)、第七NMOS管(MN7)、第八NMOS管(MN8)、第九NMOS管(MN9)、第十NMOS管(MN10)、第十一NMOS管(MN11)、第十二NMOS管(MN12)、第十三NMOS管(MN13)、第十四NMOS管(MN14)、第一PMOS管(MP1)、第二PMOS管(MP2)、第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五PMOS管(MP5)、第六PMOS管(MP6)、第七PMOS管(MP7)、第八PMOS管(MP8)、第九PMOS管(MP9)、第十PMOS管(MP10)、第十一PMOS管(MP11)、第十二PMOS管(MP12)、第十三PMOS管(MP13)、第十四PMOS管(MP14)和第十五PMOS管(MP15)，第一PMOS管(MP1)的栅极作为所述STCB结构的误差放大器的正向输入端，第二PMOS管(MP2)的栅极作为所述STCB结构的误差放大器的负向输入端；第三PMOS管(MP3)的栅极接第一偏置电压(VB1)，其漏极连接第一PMOS管(MP1)和第二PMOS管(MP2)的源极；第一NMOS管(MN1)的栅漏短接并连接第一PMOS管(MP1)的漏极、第九NMOS管(MN9)和第十NMOS管(MN10)的栅极，第二NMOS管(MN2)的栅漏短接并连接第二PMOS管(MP2)的漏极、第三NMOS管(MN3)和第四NMOS管(MN4)的栅极；第四PMOS管(MP4)的栅漏短接并连接第三NMOS管(MN3)的漏极和第十二PMOS管(MP12)的栅极，第十一PMOS管(MP11)的栅漏短接并连接第九NMOS管(MN9)的漏极和第五PMOS管(MP5)的栅极；第六PMOS管(MP6)的栅漏短接并连接第四NMOS管(MN4)和第五PMOS管(MP5)的漏极、第七PMOS管(MP7)和第八PMOS管(MP8)的栅极，第十三PMOS管(MP13)的栅漏短接并连接第十NMOS管(MN10)和第十二PMOS管(MP12)的漏极、第十四PMOS管(MP14)和第十五PMOS管(MP15)的栅极；第五NMOS管(MN5)的栅漏短接并连接第七PMOS管(MP7)的漏极和第十二NMOS管(MN12)的栅极，第十一NMOS管(MN11)的栅漏短接并连接第十四PMOS管(MP14)的漏极和第六NMOS管(MN6)的栅极；第七NMOS管(MN7)的栅漏短接并连接第八NMOS管(MN8)的栅极、第六NMOS管(MN6)和第八PMOS管(MP8)的漏极，第十三NMOS管(MN13)的栅漏短接并连接第十四NMOS管(MN14)的栅极、第十二NMOS管(MN12)和第十五PMOS管(MP15)的漏极；第九PMOS管(MP9)的栅漏短接并连接第八NMOS管(MN8)的漏极和第十PMOS管(MP10)的栅极，第十PMOS管(MP10)和第十四NMOS管(MN14)的漏极互连并作为所述STCB结构的误差放大器的输出端；第一NMOS管(MN1)、第二NMOS管(MN2)、第三NMOS管(MN3)、第四NMOS管(MN4)、第五NMOS管(MN5)、第六NMOS管(MN6)、第七NMOS管(MN7)、第八NMOS管(MN8)、第九NMOS管(MN9)、第十NMOS管(MN10)、第十一NMOS管(MN11)、第十二NMOS管(MN12)、第十三NMOS管(MN13)和第十四NMOS管(MN14)的源极接地，第三PMOS管(MP3)、第四PMOS管(MP4)、第五PMOS管(MP5)、第六PMOS管(MP6)、第七PMOS管(MP7)、第八PM...

【专利技术属性】
技术研发人员：明鑫，张家豪，高笛，张宣，王卓，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，电子科技大学广东电子信息工程研究院，
类型：发明
国别省市：四川,51