一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路制造技术

本发明专利技术提供了一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，包括带隙基准电压源、误差放大器、反相器模块和功率模块；功率模块包括功率管，其源极与输入电压连接，漏极输出至LDO稳压器电路的输出电压；误差放大器的正输入端连接反馈电压，其负输入端连接带隙基准电压源的输出端，误差放大器的输出端与反相器模块连接；反相器模块输入端连接误差放大器的输出端，反相器模块的输出端与功率管的栅极连接；本发明专利技术在保证低功耗的前提下，有效的提高了瞬态响应速度，减小了输出电压的瞬态变化，增大了线性调整率以及负载调整率；通过性能仿真证实了其性能的可靠，在低压电源领域有着巨大的应用空间。

A Fast Transient Response LDO Regulator Circuit Based on Inverter

The invention provides a fast transient response LDO regulator circuit based on inverters, including bandgap reference voltage source, error amplifier, inverter module and power module; power module includes power transistor, whose source pole is connected with input voltage, drain pole is output to output voltage of LDO regulator circuit; positive input terminal of error amplifier is connected with feedback voltage, and negative input terminal is connected with feedback voltage. The output terminal of the bandgap reference voltage source, the output terminal of the error amplifier and the inverter module are connected; the input terminal of the inverter module is connected with the output terminal of the error amplifier, and the output terminal of the inverter module is connected with the grid of the power transistor; on the premise of ensuring low power consumption, the invention effectively improves the transient response speed, reduces the transient change of the output voltage, and enlarges the linear adjustment. Rate and load adjustment rate; the reliability of its performance is verified by performance simulation, which has a huge application space in the field of low voltage power supply.

【技术实现步骤摘要】
一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路
本专利技术涉及电路领域，具体涉及一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路。
技术介绍
随着物联网(LoT)在我们的家庭和办公中扮演着越来越重要的角色，我们会发现越来越多的设备和系统集成了电子元件。使用高效的电源管理系统可以有效降低物联网设备和可穿戴设备的功耗，并延长其使用寿命。低压差线性稳压器(LowDropoutRegulator，简称LDO)作为电源管理芯片的一种,在电源管理IC中占有重要地位，其市场份额超过20％。毫无疑问，物联网的发展将不可避免地对LDO产生更大的需求以及更高的要求。设计一种低功耗，高效率，快速瞬态响应和无片外电容的新型LDO成为了LDO的研究热点。传统的LDO使用大型片外电容(如1μF)来保持稳定性并减小瞬态响应中的过冲和下冲，片外电容越大，电压毛刺就越小，但是大的片外电容不能集成在芯片上。无片外电容LDO有助于减少芯片面积，增加集成度从而减小芯片成本，因此设计一个无需片外电容即可实现自稳定和快速瞬态响应的LDO电路已成为当今LDO设计的个热点。最近，越来越多的技术被提出来，在无需外部电容的情况下，实现LDO系统稳定性和快速瞬态响应。如增大静态电流从而提高瞬态响应时的转换速率，但对于节能的片上系统，大的静态电流会增大静态功耗。然后提出了动态偏置技术，该技术可以根据输出电流的大小动态调整偏置电流，但当输出电流较大时，静态电流仍然比较大不利于节能。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，在保证低功耗的前提下，有效的提高了LDO的瞬态响应速度，减小了输出电压的瞬态变化，增大了线性调整率以及负载调整率；通过性能仿真证实了其性能的可靠，在低压电源领域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如下。一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，包括带隙基准电压源、误差放大器、反相器模块和功率模块；所述功率模块包括功率管，所述功率管的源极与输入电压连接，其漏极输出至LDO稳压器电路的输出电压，所述LDO稳压器电路的输出电压经分压后得到反馈电压；所述误差放大器的正输入端连接反馈电压，其负输入端连接带隙基准电压源的输出端，所述误差放大器的输出端与反相器模块连接；所述反相器模块由二级反相器组成，其输入端连接误差放大器的输出端，其输出端与功率管的栅极连接。进一步地，所述误差放大器包括偏置电流源、跨导运算放大器和增益级，所述偏置电流源用于为跨导运算放大器和增益级提供静态偏置电流。进一步地，所述跨导运算放大器由第一PMOS管、第二PMOS管和第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管组成；所述增益级由第三PMOS管和第五NMOS管组成，所述第三PMOS管与第五NMOS管的漏极相连接，作为误差放大器的输出级，与反相器模块的输入级连接。进一步地，所述反相器模块由二级反相器组成，第一级由第四PMOS管和第六NMOS管组成，第二级由第五PMOS管和第七NMOS管组成；所述第四PMOS管和第六NMOS管的栅极相连接，作为反相器模块的输入级；所述第五PMOS管和第七NMOS管的漏极相连接，作为反相器模块的输出级与功率管的栅极连接。进一步地，还包括第一反馈电阻、第二反馈电阻、密勒补偿电容和输出电容，所述第一反馈电阻和第二反馈电阻构成反馈回路，与反馈电压串联，用于检测反馈电压的数值。进一步地，所述第一反馈电阻和第二反馈电阻阻值的比值为1:9。进一步地，所述密勒补偿电容的一端与误差放大器输出端连接，另一端与电压输出端连接，所述密勒补偿电容的电容大小为7pF。进一步地，所述输出电容连接在电压输出端和接地端之间，电容大小为pF级。与现有技术比较，本专利技术的一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路具有以下优点和有益效果：本专利技术的LDO稳压器电路在典型LDO结构的基础上，插入二级反相器，在不增大静态电流的情况下，有效提高了瞬态响应速度；输入电压在0.7-0.9V间变化，输出电压稳定在0.5V；系统的负载瞬态响应时间仅为110ns左右，并且系统静态电流仅为10μA；拥有1-100mA的带负载能力，负载电流在20ns时间从1mA突变到100mA时，输出电压最大变化仅为17mV。本专利技术所设计的LDO有效的提高了瞬态响应速度，采用TSMC65nm工艺，对电路性能进行仿真测试，证实了其性能的可靠。附图说明图1为本专利技术的一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器总体电路结构图。图2为典型的LDO稳压器的电路示意图。图3为本专利技术的反相器结构示意图和传输函数示意图。图4为本专利技术瞬态响应过程中，PMOS管栅极充放电电流仿真图。图5为有无反相器时，输出电压瞬态响应的对比图。图6a和图6b分别为本专利技术的LDO稳压器线性调整率和负载调整率仿真图。图7为本专利技术LDO稳压器的负载瞬态响应仿真图。图8为本专利技术LDO稳压器的PSRR仿真结果图。具体实施方式下面将结合附图和具体的实施例对本专利技术的具体实施作进一步说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，为实施例的一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器总体电路结构图，包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M7、第四PMOS管M9、第五PMOS管M11和第一NMOS管M3、第二NMOS管M4、第三NMOS管M5、第四NMOS管M6、第五NMOS管M8、第六NMOS管M10、第七NMOS管M12、功率管MP、静态偏置电流源、带隙基准电压源、第一反馈电阻Rf1、第二反馈电阻Rf2、密勒补偿电容CM和输出电容COUT；所述第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M7、第四PMOS管M9、第五PMOS管M11、功率管MP的源极连在一起接到VIN，所述第三NMOS管M5、第四NMOS管M6、第五NMOS管M8、第六NMOS管M10、第七NMOS管M12的源极接在一起连到GND，所述第一PMOS管M1的漏极与第一PMOS管M1的栅极、第二PMOS管M2的栅极、第一NMOS管M3的漏极相连接，所述第二PMOS管M2的漏极与第二NOMS管M4的漏极、第三PMOS管M7的栅极连接，所述第一NMOS管M3的栅极接带隙基准源的输出电压VREF，源极与第二NOMS管M4的源极、第四NMOS管M6的漏极连接，所述第二NOMS管M4的栅极接反馈电压VFB，所述第三NMOS管M5的栅极与第三NMOS管M5的漏极、第四NMOS管M6的栅极、第五NMOS管M8的栅极连接，并一起与偏置电流源IBIAS连接，所述第三PMOS管M7的漏极与第五NMOS管M8的漏极、第四PMOS管M9的栅极、第六NMOS管M10的栅极连接，所述第四PMOS管M9的漏极与第六NMOS管M10的漏极、第五PMOS管M11的栅极、第七NMOS管M12的栅极连接，所述第五PMOS管M11的漏极与第七NMOS管M12的漏极、功率管MP的栅极连接，所述功率管MP的漏极作为输出点，与第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2串联，所述第一反馈电阻Rf1和第二反馈电阻Rf2的中间点输出反馈电压连接到第二NMOS管M4的栅极，所述密勒补偿电容CM的一端接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，其特征在于：包括带隙基准电压源、误差放大器、反相器模块和功率模块；所述功率模块包括功率管（MP），所述功率管（MP）的源极与输入电压（VIN）连接，其漏极输出至LDO稳压器电路的输出电压（VOUT），所述LDO稳压器电路的输出电压（VOUT）经分压后得到反馈电压（VFB）；所述误差放大器的正输入端连接反馈电压（VFB），其负输入端连接带隙基准电压源的输出端，所述误差放大器的输出端与反相器模块连接；所述反相器模块由二级反相器组成，其输入端连接误差放大器的输出端，其输出端与功率管（MP）的栅极连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，其特征在于：包括带隙基准电压源、误差放大器、反相器模块和功率模块；所述功率模块包括功率管（MP），所述功率管（MP）的源极与输入电压（VIN）连接，其漏极输出至LDO稳压器电路的输出电压（VOUT），所述LDO稳压器电路的输出电压（VOUT）经分压后得到反馈电压（VFB）；所述误差放大器的正输入端连接反馈电压（VFB），其负输入端连接带隙基准电压源的输出端，所述误差放大器的输出端与反相器模块连接；所述反相器模块由二级反相器组成，其输入端连接误差放大器的输出端，其输出端与功率管（MP）的栅极连接。2.根据权利要求1所述的一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，其特征在于：所述误差放大器包括偏置电流源（IBIAS）、跨导运算放大器和增益级，所述偏置电流源（IBIAS）用于为跨导运算放大器和增益级提供静态偏置电流。3.根据权利要求2所述的一种基于反相器的快速瞬态响应LDO稳压器电路，其特征在于：所述跨导运算放大器由第一PMOS管（M1）、第二PMOS管（M2）和第一NMOS管（M3）、第二NMOS管（M4）、第三NMOS管（M5）、第四NMOS管（M6）组成；所述增益级由第三PMOS管（M7）和第五NMOS管（M8）组成，所述第三PMOS管（M7）与第五NMOS管（M8）的漏极相连接，作为误差放大器的输出级，与反相器模块的输入级连接。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石教锦，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