一种低压差稳压器制造技术

本发明专利技术提供一种低压差稳压器，包括误差放大器，其正极输入端接收参考电压，负极输入端与输出端连接；第二场效应管，其漏极与误差放大器的输出端连接，源极通过第二电流源接地，栅极通过第二电流源接地；功率器件，其漏极接入电源电压，功率器件的源极与第一场效应管的漏极连接，同时分别通过第一电容接地、通过负载电流源接地、通过第三电容、第一电流源接地；第一场效应管，其栅极与第二场效应管的栅极连接，第一场效应管的漏极与功率器件的源极连接，第一场效应管的源极通过第一电流源接地，同时与超级源跟随器输入端连接；超级源跟随器，其输出端与功率器件的栅极连接，同时通过第二电容接地。

A low dropout voltage regulator

The invention provides a low dropout voltage regulator comprises an error amplifier, the positive input terminal receives a reference voltage, the negative input end and the output end is connected; second FET, the drain and the error amplifier is connected to the output end of the source second current source grounding through the gate, through the second current grounding power source; the drain access device, power supply voltage, power source device is connected with the first FET drain, and respectively through the first capacitor grounding, grounding, through the load current source through the third capacitor, a first current source is grounded; the first FET, the gate and the second gate FET, the drain and the power device is connected to a source electrode of the first field-effect transistor, the first FET source through the first current source grounding, and super source follower input connection; super source follower The output end of the device is connected to the gate of the power device and is connected to the ground through a second capacitor.

【技术实现步骤摘要】
一种低压差稳压器
本专利技术涉及低压差稳压器，特别是一种高速稳定的低压差稳压器。
技术介绍
请参阅图1，其为现有技术的低压差稳压器的架构图。现有技术中的低压差稳压器即LDO最基本的LDO架构如图1所示。对于不确定的输入(电源电压VDD)，输出电压VO总能保持与参考电压VREF相等。这是因为VO和VREF接在了一个误差放大器的两输入端。误差放大器(EA)和整个环路的高增益，使得EA输入虚短，即VO＝VREF。当负载电流IL跳变时，为了稳定VO，需要一个较大的输出电容CO，在LDO环路来不及反应的时候提供IL所需的电流变化。另一方面，功率器件MP为了提供所需的较大电流，通常需要很大尺寸，EA很难直接驱动，因此EA和MP的中间要加入一级驱动器(BUF)。而EA的输出，及BUF的输出，均为高阻，且均有寄生电容，使得LDO环路至少存在三个极点(p0-2)。为了使这样的环路稳定，传统的LDO采用了很大的CO，使得输出极点p0频率很低。但这样使得LDO的增益带宽积(GBW)很小，LDO的速度很慢。同时，较大的CO难以片上集成，只能采用片外器件，降低了集成度，特别不能适应当前片上系统(SoC)的发展要求。请参阅图2，其为现有的翻转电压跟随器的结构示意图。为了提升LDO速度，提高集成度，有一种翻转电压跟随器(FlipVoltageFollower，FVF)的结构如图2所示。该结构在MP的下面加了一个M1管，形成了一个共栅放大器。共栅放大器的输出接至MP的栅极形成反馈。该结构的反馈路径较短(仅经过一级共栅放大即反馈至MP的栅极)，且成功的将系统变为了更稳定的两极点系统(两极点分别为p0和pg)。对于较先进的工艺，MP的栅极寄生电容Cg比较小，因此pg远离p0，系统稳定；但对于不太先进的工艺，pg不能远离p0，导致系统的相位裕度可能较小，仍输出不稳定，如图3所示，其为FVF的幅频响应图。最恶劣的情况是LDO最大负载电流的情况，此时LDO输出极点负载阻抗最小，因此p0与pg最接近。采用65nm进行仿真，相位裕度为10°。请参阅图4，其为超级源跟随器的示意图。为了使pg远离p0，可以在MP和共栅放大器输出之间加入一个超级源跟随器(SuperSourceFollower，SSF)：M3和偏置电流源I3构成了一个普通的源跟随器，加上M4和偏置电流源I4构成了SSF。该SSF能将MP的栅极的阻抗降低至1/(gm3·gm4·rx)(其中gm3-4分别为M3-4的跨导，rx为X点的阻抗)，从而可能使得pg远离p0。因此，期望SSF方案的幅频响应如图5，其为SSF的幅频响应示意图。但是，该方案同时引入了两个高频极点，分别在p1,2。其中，p2和pg是一对复数极点对|p2,g|。其中根号内在大部分工艺下<0，因此是复数根。其中CX为X点的寄生电容，r3为M3的电阻。然而，对于较先进的工艺(如65nm)，这对复数极点极有可能在GBW附近，造成相位的急剧下降，系统不稳定。p1也一般会处在GBW附近，进一步降低了相位裕度，如图6，其为SSF实际的幅频响应示意图。从图6中可知，其仿真结果仅有-100°的相位裕度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种高速稳定的低压差稳压器。本专利技术通过以下的方案实现：一种高速稳定的低压差稳压器，包括误差放大器、第一场效应管、第二场效应管、功率器件、第一电流源、第二电流源、负载电流源、第一电容、第二电容、第三电容和超级源跟随器；所述误差放大器的正极输入端接收参考电压，负极输入端与输出端连接；所述第二场效应管的漏极与误差放大器的输出端连接，源极通过第二电流源接地，栅极通过第二电流源接地；所述功率器件的漏极接入电源电压，功率器件的源极与所述第一场效应管的漏极连接，同时分别通过第一电容接地、通过负载电流源接地、通过第三电容、第一电流源接地；所述第一场效应管的栅极与第二场效应管的栅极连接，第一场效应管的漏极与功率器件的源极连接，第一场效应管的源极通过第一电流源接地，同时与超级源跟随器输入端连接；所述超级源跟随器输出端与功率器件的栅极连接，同时通过第二电容接地。相比于现有技术，本专利技术在M1的两端加入电容Cm，使得p1＝1/(rY·Cm)，成为主极点(即频率最低的极点)，其中rY为Y点的电阻；同时自带一个左半平面的零点z1≈gm1/Cm，其中gm1为M1的跨导。合理选取gm1，可以使得z1在p1后不远处抵消了p1；这使得LDO仍具有较高的低频增益，以及较大的GBW。进一步，所述超级源跟随器包括：第三电流源、第四电流源、第三场效应管、第四场效应管和阻尼系数控制模块；所述第三电流源的一端与电源电压连接，另一端分别与第三场效应管的漏极和第四场效应管的漏极连接；所述第三场效应管的栅极与第一场效应管的源极连接，第三场效应管的源极通过第四电流源接地；所述第四场效应管栅极与第三场效应管的源极连接，并与阻尼系数控制模块连接，所述第四场效应管源极接地。进一步，所述阻尼系数控制模块包括跨导放大器和第四电容；所述跨导放大器的输入端与第三场效应管的源极连接，所述跨导放大器的输出端通过第四电容与第四场效应管的栅极连接。进一步，所述阻尼系数控制模块包括第五场效应管、第四电容和第五电流源；所述第五场效应管的漏极与电源电压连接，第五场效应管的栅极与第四场效应管的栅极连接，第五场效应管的源极通过第五电流源接地；所述第四电容的两端分别与第五场效应管的栅极和源极连接。综上，本专利技术相比于现有技术，具备以下的效果：1、本专利技术在M1的两端加入电容Cm，使得p1＝1/(rY·Cm)，成为主极点(即频率最低的极点)，其中rY为Y点的电阻；同时自带一个左半平面的零点z1≈gm1/Cm，其中gm1为M1的跨导。合理选取gm1，可以使得z1在p1后不远处抵消了p1；这使得LDO仍具有较高的低频增益，以及较大的GBW。2、本专利技术通过在SSF中增加DFC模块，将SSF中原本的复数极点对|p2,g|，有效的分开成为两个实数极点p2和pg。与现有技术(公式1)相比，本专利技术的公式2的Cg项中有(gmD·r3)2的系数，在绝大部分情况下中都能使根号中的表达式>0，故p2和pg为实数极点。一般而言，pg的频率更低，p2的频率更高。只要控制p2不要频率过低，即可获得足够的相位裕度。3、本专利技术能容纳较宽的LDO负载电流范围。对于小负载电流，p0可能接近z1甚至p1，但由于z1总能抵消其中一个极点，在低频处的相移最多达到90°；而由于p0和p2分得更开，整体的相位裕度将接近90°。为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本专利技术。附图说明图1是现有技术的低压差稳压器的架构图。图2是现有的翻转电压跟随器的结构示意图。图3是FVF的幅频响应图。图4是超级源跟随器的示意图。图5是SSF的幅频响应示意图。图6是SSF实际的幅频响应示意图。图7是本专利技术实施例1的低压差稳压器的架构图。图8是本专利技术增加了电容Cm后的LDO幅频响应示意图。图9是本专利技术加入DFC后的大负载电流的幅频响应示意图。图10是本专利技术的小负载电流的幅频响应示意图。图11是本专利技术的实施例2的低压差稳压器的架构图。具体实施方式以下结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压差稳压器，其特征在于：包括误差放大器、第一场效应管、第二场效应管、功率器件、第一电流源、第二电流源、负载电流源、第一电容、第二电容、第三电容和超级源跟随器；所述误差放大器的正极输入端接收参考电压，负极输入端与输出端连接；所述第二场效应管的漏极与误差放大器的输出端连接，源极通过第二电流源接地，栅极通过第二电流源接地；所述功率器件的漏极接入电源电压，功率器件的源极与所述第一场效应管的漏极连接，同时分别通过第一电容接地、通过负载电流源接地、通过第三电容、第一电流源接地；所述第一场效应管的栅极与第二场效应管的栅极连接，第一场效应管的漏极与功率器件的源极连接，第一场效应管的源极通过第一电流源接地，同时与超级源跟随器输入端连接；所述超级源跟随器输出端与功率器件的栅极连接，同时通过第二电容接地。

【技术特征摘要】
1.一种低压差稳压器，其特征在于：包括误差放大器、第一场效应管、第二场效应管、功率器件、第一电流源、第二电流源、负载电流源、第一电容、第二电容、第三电容和超级源跟随器；所述误差放大器的正极输入端接收参考电压，负极输入端与输出端连接；所述第二场效应管的漏极与误差放大器的输出端连接，源极通过第二电流源接地，栅极通过第二电流源接地；所述功率器件的漏极接入电源电压，功率器件的源极与所述第一场效应管的漏极连接，同时分别通过第一电容接地、通过负载电流源接地、通过第三电容、第一电流源接地；所述第一场效应管的栅极与第二场效应管的栅极连接，第一场效应管的漏极与功率器件的源极连接，第一场效应管的源极通过第一电流源接地，同时与超级源跟随器输入端连接；所述超级源跟随器输出端与功率器件的栅极连接，同时通过第二电容接地。2.根据权利要求1所述低压差稳压器，其特征在于：所述超级源跟随器包括：第三电流源、第四电流源、第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄沫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44