基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO。包括误差放大器、改进型负载电流复制结构，所述改进型负载电流复制结构由N个相同的缓冲级结构组成，所述误差放大器的输出端分别与所述N个缓冲级结构的输入端连接，误差放大器的第一输入端连接至基准电压源，误差放大器的第二输入端与第1缓冲级结构的输出端连接，第2至第N缓冲级结构的输出端相连接作为整个快速响应LDO的输出端，第2缓冲级结构的输出端还经一电容连接至GND。本实用新型专利技术具有低功耗、快速瞬态响应的特性，使其在音频Sigma‑delta调制器中应用拥有广泛的前景。

Fast Response LDO Based on Improved Load Current Replication Architecture

The utility model relates to a fast response LDO based on an improved load current replication structure. Including an error amplifier and an improved load current replication structure, the improved load current replication structure consists of N identical buffer stages. The output end of the error amplifier is connected to the input end of the N buffer stages respectively. The first input end of the error amplifier is connected to the reference voltage source, and the error amplification is realized. The second input end of the device is connected with the output end of the first buffer stage structure, and the output end of the second to the N buffer stage structure is connected as the output end of the whole fast response LDO. The output end of the second buffer stage structure is also connected to GND through a capacitor. The utility model has the characteristics of low power consumption and fast transient response, so that it has wide application prospects in audio Sigma Delta modulator.

【技术实现步骤摘要】
基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO
本技术应用于音频Sigma-delta调制器中，具体涉及一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO。
技术介绍
随着便携式消费类电子如手机、电脑的普及及集成电路系统的高速发展，电源管理芯片在集成电路领域发挥着越来越重要的作用。低压差线性稳压器（LowDropoutRegulator，简称LDO）作为直流电源管理芯片的一员，以其低成本、低噪声、高精度以及简单的外围电路等优势被普遍应用于集成系统之中。随着市场的变化以及电子技术的不断进步，尤其是片上系统（SystemonaChip，简称SoC）的快速发展，无电容型LDO成为LDO设计的主流，设计人员对LDO芯片的性能也提出了更高的要求，低功耗、高电源抑制比、快速响应逐渐成为无电容型LDO芯片的研究热点和发展趋势。瞬态响应一直是LDO的一个关键性指标，以往都是通过提高LDO中误差放大器的压摆率或是增大LDO控制环路带宽从而改进瞬态响应速度。我们知道提高摆率主要的方法有增大误差放大器的尾电流或减小功率管的宽长比来减小寄生电容的大小，但是在LDO的设计中，通常为了低压降把功率管的尺寸设置的较大，而增大尾电流则增大功耗，降低电路效率，增大带宽则会带来环路增益的降低影响到LDO其他性能。因此提高LDO系统的瞬态响应会对系统的其他特性带来一定的影响，例如线性调整率下降、负载驱动能力下降、环路稳定性变差等。本技术提出一种改进型负载电流复制结构的快速响应LDO结构，有效提高LDO的瞬态响应特性同时兼顾负载调整率等其他性能。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，以实现LDO的快速瞬态响应和低功耗。为实现上述目的，本技术的技术方案是：一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，包括误差放大器、改进型负载电流复制结构，所述改进型负载电流复制结构由N个相同的缓冲级结构组成，所述误差放大器的输出端分别与所述N个缓冲级结构的输入端连接，误差放大器的第一输入端连接至基准电压源，误差放大器的第二输入端与第1缓冲级结构的输出端连接，第2至第N缓冲级结构的输出端相连接作为整个快速响应LDO的输出端，第2缓冲级结构的输出端还经一电容连接至GND。在本技术一实施例中，所述第1缓冲级结构包括第一至第四晶体管、电流源，第一晶体管的控制端作为第1缓冲级结构的输入端，第一晶体管的第一端与第二晶体管的第二端相连接，并经电流源连接至GND，第一晶体管的第二端与第三晶体管的第一端相连接作为第1缓冲级结构的输出端，第二晶体管的第一端与第三晶体管的控制端、第四晶体管的控制端、第四晶体管的第一端相连接，第二晶体管的控制端作为第1缓冲级结构的偏置电压输入端，第三晶体管的第二端与第四晶体管的第二端相连接至电源端。在本技术一实施例中，所述偏置电压由偏置电路产生。在本技术一实施例中，所述第一至第四晶体管为PMOS晶体管。相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术具有低功耗、快速瞬态响应的特性，使其在音频Sigma-delta调制器中应用拥有广泛的前景。附图说明图1为常规的LDO负载电流复制结构图。图2为用缓冲级代替共源级的负载电流复制结构图。图3为基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO结构图。图4为闭环环路电路图图。图5为基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO整体电路图图6为基于改进型负载电流复制结构快速响应LDO的负载瞬态响应仿真曲线图。具体实施方式下面结合附图，对本技术的技术方案进行具体说明。本技术提供一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，包括误差放大器、改进型负载电流复制结构，所述改进型负载电流复制结构由N个相同的缓冲级结构组成，所述误差放大器的输出端分别与所述N个缓冲级结构的输入端连接，误差放大器的第一输入端连接至基准电压源，误差放大器的第二输入端与第1缓冲级结构的输出端连接，第2至第N缓冲级结构的输出端相连接作为整个快速响应LDO的输出端，第2缓冲级结构的输出端还经一电容连接至GND。所述第1缓冲级结构包括第一至第四晶体管、电流源，第一晶体管的控制端作为第1缓冲级结构的输入端，第一晶体管的第一端与第二晶体管的第二端相连接，并经电流源连接至GND，第一晶体管的第二端与第三晶体管的第一端相连接作为第1缓冲级结构的输出端，第二晶体管的第一端与第三晶体管的控制端、第四晶体管的控制端、第四晶体管的第一端相连接，第二晶体管的控制端作为第1缓冲级结构的偏置电压输入端，第三晶体管的第二端与第四晶体管的第二端相连接至电源端。所述偏置电压由偏置电路产生。所述第一至第四晶体管为PMOS晶体管。以下为本技术的具体实现过程。本技术提出的一种基于改进型的负载电流复制结构的LDO。本技术采用SMIC0.18μmCMOS工艺进行仿真验证，输入电压范围为：1.8V-3.3V，输出电压为1.6V，负载电容为10pF，在设计过程中，基于本技术LDO特殊应用背景（即应用于音频Sigma-delta调制器中），主要实现快速瞬态响应和低功耗。如图1是最早的负载电流复制结构，在传统的LDO中，由于有输出端大电容的存在使得系统的瞬态响应速度和输出电压过冲量都比较好。在传统有输出大电容的LDO的应用中，负载电流复制结构主要用于提高系统的负载调整率。负载调整率和线性调整率的影响因素不同，负载调整率主要受负载变化影响，线性调整率主要是受输入电压变化影响，因此可以将两种影响因素分别放在不同的环路中来解决。误差放大器和源跟随器Mor构成的控制环路，用于产生高精度输出电压，此时输出电压只受输入电压影响，提高环路增益能有效的提高系统的线性调整率，而源跟随器Mo与输出端相连，此时输出电压只受负载变化影响，通过改进源跟随器Mo来改进系统的负载调整率，此方法只适用于负载变化范围小且有片外电容的LDO。通过用PMOS单位缓冲级的结构来代替原始的负载电流复制结构中的源跟随器结构，如图2，取负载电流的1/20来构成环路结构，用20个并联的缓冲级结构与负载电容相连，系统的摆率可以随负载电流变化调整。通过这样的改进，有效的提高系统的瞬态响应速度，同时保留了较高的负载调整率和线性调整率，但最大的不足之处在于该方法牺牲了较大的功耗。本技术中的LDO同样将常规负载电流复制结构中的Mor和Mo管子用缓冲级结构来代替，通过改进缓冲级的结构来进一步提高系统的瞬态响应速度同时降低功耗。缓冲级输出级采用源跟随器结构，降低输出阻抗，低输出阻抗有利于提高瞬态响应速度。图3给出了基于改进型负载电流复制结构的LDO的结构图，采用误差放大器和第一个缓冲级构成闭环结构用于产生高精度的输出电压，缓冲级复制后，与负载相连，系统的瞬态响应由缓冲级和负载构成的开环结构来获得。在反馈系统中，闭环反馈通常会减低电路的灵敏度，提高系统的精度；开环结构通常具有更大的带宽，可以获得更快的响应速度。本技术提出的改进型负载电流复制结构，正是结合了闭环的高精度和开环的高带宽的优势，有效提高LDO的输出电压精度和瞬态响应速度。图3为基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO的结构图。图中EA为误差放大器，b1-bn是N个相同的缓冲级结构，每个缓冲级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，其特征在于，包括误差放大器、改进型负载电流复制结构，所述改进型负载电流复制结构由N个相同的缓冲级结构组成，所述误差放大器的输出端分别与所述N个缓冲级结构的输入端连接，误差放大器的第一输入端连接至基准电压源，误差放大器的第二输入端与第1缓冲级结构的输出端连接，第2至第N缓冲级结构的输出端相连接作为整个快速响应LDO的输出端，第2缓冲级结构的输出端还经一电容连接至GND。

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，其特征在于，包括误差放大器、改进型负载电流复制结构，所述改进型负载电流复制结构由N个相同的缓冲级结构组成，所述误差放大器的输出端分别与所述N个缓冲级结构的输入端连接，误差放大器的第一输入端连接至基准电压源，误差放大器的第二输入端与第1缓冲级结构的输出端连接，第2至第N缓冲级结构的输出端相连接作为整个快速响应LDO的输出端，第2缓冲级结构的输出端还经一电容连接至GND。2.根据权利要求1所述的基于改进型负载电流复制结构的快速响应LDO，其特征在于，所述第1缓冲级结构包括第一至第四晶体管、电流源，第一晶体管的控制端作为第1缓...

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