一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO制造技术

本发明专利技术涉及一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO。在常规共源共栅电压翻转跟随器结构的基础上通过加入跨导电流增强型电路，静态电流支路以及快速响应环路，在同等功耗的情况下，有效提高了LDO的瞬态响应速度，输入电压在1.8V‑3.3V间变化，输出电压稳定在1.6V，负载电容在采样周期内变化，系统的负载瞬态响应时间仅仅为177ns左右，并且系统的静态电流为104.1uA，拥有0mA‑1mA的带负载能力。本发明专利技术的LDO有效的提高了LDO的瞬态响应速度，满足Sigma‑delta调制器的性能要求，通过性能仿真证实了其性能的可靠，在音频Sigma‑delta调制器有着巨大的应用空间。

A LDO based on cascode voltage follower follower structure

The invention relates to a LDO based on a common cascode voltage follower follower structure. On the basis of conventional cascode voltage flip-over follower structure, the transient response speed of LDO is effectively improved by adding transconductance current enhancement circuit, static current branch and fast response loop. The input voltage varies from 1.8V to 3.3V, the output voltage is stable at 1.6V, and the load capacitor is stable. During the sampling period, the transient response time of the system is only about 177ns, and the static current of the system is 104.1uA, which has the load capacity of 0mA_1mA. The LDO of the invention effectively improves the transient response speed of the LDO and meets the performance requirements of the Sigma_delta modulator. The performance simulation proves that the LDO is reliable and has a huge application space in the audio Sigma_delta modulator.

【技术实现步骤摘要】
一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO
本专利技术用于音频Sigma-delta调制器中，具体涉及一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO。
技术介绍
近年来，随着电子技术及集成电路系统的高速发展，尤其是互联网时代便携式和消费类电子的不断普及，电源管理芯片在汽车、医疗、移动通信、计算机网络以及基础生活设施等诸多领域发挥着越来越大的作用。电源管理芯片作为电池与电子设备之间的桥梁，承担着电源的分配、管理、稳压的作用，电源管理芯片的性能极大程度决定了电子设备的整体性能。随着集成电路工艺的不断革新与发展。低压差线性稳压器（LowDropoutRegulator，简称LDO）作为电源管理芯片的一种，其需求量逐步扩大。在智能生活以及节能环保的大环境背景下，LDO芯片除了稳定、可靠的基本要求以外，逐渐向低功耗、高精度、快速响应、低成本等高性能发展。传统的LDO以电压翻转跟随器结构作为控制环路，该结构的主要不足之处在于负载电流的要求，不适用于空载情况。当负载电流小于一定值时，功率管的栅端电压增大，使得控制管进入线性区，LDO将失去对输出电压的调节能力，输出电压发生改变。在电压翻转跟随器结构的基础上，还有共源共栅电压翻转跟随器结构为压翻转跟随器结构的改进版。共源共栅电压翻转跟随器结构与电压翻转跟随器结构相比，这个结构加入一个共栅极结构的晶体管，这个晶体管的加入提高了反馈环路的增益，改善了LDO的负载调整率。但是在此结构功率管的栅端仍是个高阻节点，栅端仍是个较低频率极点，环路带宽有限，系统的瞬态响应速度有限。本专利技术提出一种新型的基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO，电路结构清晰简单，并且可以在高频变化下启动快速环路，加快LDO的瞬态响应速度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，有效的提高了LDO的瞬态响应速度，满足Sigma-delta调制器的性能要求，通过性能仿真证实了其性能的可靠，在音频Sigma-delta调制器有着巨大的应用空间。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、MP、MN，第一至第四电流源，M1的第一端与M5的第一端、MP的第一端、M8的第一端、M9的第一端、M10的第一端相连接至VDD，M1的第二端与M6的控制端、M2的第一端连接，M1的控制端与M5的控制端、M9的控制端、M10的控制端、M10的第二端、M7的第二端连接，M2的第二端与M2的控制端、M3的控制端相连接，并经第一电流源连接至GND，M3的第一端与MP的第二端、MN的第二端相连接作为LDO电路的输出端，M3的第二端与MN的控制端、M4的第一端相连接，并经第二电流源、第三电流源连接至GND，M4的第二端与M5的第二端、MP的控制端连接，M4的控制端作为LDO电路的偏置电压输入端，M6的第一端与M7的第一端相连接，并经第四电流源与MN的第一端相连接至GND，M6的第二端与M8的第二端、M8的控制端、M9的第二端相连接，M7的控制端连接至基准电压源。在本专利技术一实施例中，M6、M7、M8、M9、M10、第四电流源构成跨导放大器，其中，M8、M9、M10构成跨导电流增强电路。在本专利技术一实施例中，M8、M9、M10的宽长比比例为：1：n：n+1，假设M6、M7流过的电流大小为I，则流过M8、M9、M10的电流比为：I[1/n+1]：I[n/n+1]：I；当负载发生变化时，负载由轻载突变到重载时，输出电压会产生向下的过冲，因此LDO电路的输出端的输出电压突然减小，使得M6的控制端处电压突然减小，假设此时M6电流减小为原来的一半，即0.5I，M7电流变为1.5I于是流过M8的电流增大为原来的0.5I(1/n+1)，与不增加跨导电流增强电路的跨导放大器相比，跨导增强了n+1倍；同理，在负载由重载突变为轻载时，跨导增强了n+1倍。在本专利技术一实施例中，MP在LDO电路中为功率管。在本专利技术一实施例中，M3、M4、MP构成共源共栅电压翻转跟随器结构。在本专利技术一实施例中，还包括一快速响应环路，该快速响应环路包括第一至第七MOS管、第五电流源、电容C1，第一MOS管的第一端与第二MOS管的第一端、第三MOS管的第一端相连接至VDD，第一MOS管的第二端与第四MOS管的第二端、第四MOS管的控制端、第五MOS管的控制端相连接，第一MOS管的控制端与第二MOS管的控制端、第三MOS管的控制端相连接，第二MOS管的第二端与第五MOS管的第二端相连接至MP的控制端，第三MOS管的第二端经第五电流源连接至GND，第四MOS管的第一端与第六MOS管的第二端、第六MOS管的控制端、第七MOS管的控制端相连接，第五MOS关的第一端与第七MOS管的第二端相连接，并经C1连接至MP的第二端，第六MOS管的第一端与第七MOS管的第一端相连接至GND。在本专利技术一实施例中，还包括用于为LDO电路提供偏置电压、偏置电流的偏置电路。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术，在常规共源共栅电压翻转跟随器结构的基础上通过加入跨导电流增强型电路，静态电流支路以及快速响应环路，在同等功耗的情况下，有效提高了LDO的瞬态响应速度，输入电压在1.8V-3.3V间变化，输出电压稳定在1.6V，负载电容在采样周期内变化，系统的负载瞬态响应时间仅仅为177ns左右，并且系统的静态电流为104.1uA，拥有0mA-1mA的带负载能力；本专利技术所设计的LDO有效的提高了LDO的瞬态响应速度，满足Sigma-delta调制器的性能要求，通过性能仿真证实了其性能的可靠，在音频Sigma-delta调制器有着巨大的应用空间。附图说明图1为基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO的主体电路结构图。图2为快速响应环路结构图。图3为基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO的整体电路图。图4为基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO的线性调整率仿真波形图。图5为基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO的负载调整率仿真波形图。图6为基于共源共栅电压翻转跟随器结构的快速响应LDO的负载瞬态仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供了一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、MP、MN，第一至第四电流源，M1的第一端与M5的第一端、MP的第一端、M8的第一端、M9的第一端、M10的第一端相连接至VDD，M1的第二端与M6的控制端、M2的第一端连接，M1的控制端与M5的控制端、M9的控制端、M10的控制端、M10的第二端、M7的第二端连接，M2的第二端与M2的控制端、M3的控制端相连接，并经第一电流源连接至GND，M3的第一端与MP的第二端、MN的第二端相连接作为LDO电路的输出端，M3的第二端与MN的控制端、M4的第一端相连接，并经第二电流源、第三电流源连接至GND，M4的第二端与M5的第二端、MP的控制端连接，M4的控制端作为LDO电路的偏置电压输入端，M6的第一端与M7的第一端相连接，并经第四电流源与MN的第一端相连接至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，其特征在于，包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、MP、MN，第一至第四电流源，M1的第一端与M5的第一端、MP的第一端、M8的第一端、M9的第一端、M10的第一端相连接至VDD，M1的第二端与M6的控制端、M2的第一端连接，M1的控制端与M5的控制端、M9的控制端、M10的控制端、M10的第二端、M7的第二端连接，M2的第二端与M2的控制端、M3的控制端相连接，并经第一电流源连接至GND，M3的第一端与MP的第二端、MN的第二端相连接作为LDO电路的输出端，M3的第二端与MN的控制端、M4的第一端相连接，并经第二电流源、第三电流源连接至GND，M4的第二端与M5的第二端、MP的控制端连接，M4的控制端作为LDO电路的偏置电压输入端，M6的第一端与M7的第一端相连接，并经第四电流源与MN的第一端相连接至GND，M6的第二端与M8的第二端、M8的控制端、M9的第二端相连接，M7的控制端连接至基准电压源。

【技术特征摘要】
1.一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，其特征在于，包括MOS管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、MP、MN，第一至第四电流源，M1的第一端与M5的第一端、MP的第一端、M8的第一端、M9的第一端、M10的第一端相连接至VDD，M1的第二端与M6的控制端、M2的第一端连接，M1的控制端与M5的控制端、M9的控制端、M10的控制端、M10的第二端、M7的第二端连接，M2的第二端与M2的控制端、M3的控制端相连接，并经第一电流源连接至GND，M3的第一端与MP的第二端、MN的第二端相连接作为LDO电路的输出端，M3的第二端与MN的控制端、M4的第一端相连接，并经第二电流源、第三电流源连接至GND，M4的第二端与M5的第二端、MP的控制端连接，M4的控制端作为LDO电路的偏置电压输入端，M6的第一端与M7的第一端相连接，并经第四电流源与MN的第一端相连接至GND，M6的第二端与M8的第二端、M8的控制端、M9的第二端相连接，M7的控制端连接至基准电压源。2.根据权利要求1所述的一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，其特征在于，M6、M7、M8、M9、M10、第四电流源构成跨导放大器，其中，M8、M9、M10构成跨导电流增强电路。3.根据权利要求2所述的一种基于共源共栅电压翻转跟随器结构的LDO，其特征在于，M8、M9、M10的宽长比比例为：1：n：n+1，假设M6、M7流过的电流大小为I，则流过M8、M9、M10的电流比为：I[1/n+1]：I[n/n+1]：I；当负载发生变化时，负载由轻载突变到重载时，输出电压会产生向下的过冲，因此LDO电路的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，林家城，杨培祥，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35