利用双向非对称缓冲器结构提高性能的ＬＤＯ电路，采用双向非对称缓冲器结构同时提供具有信号反向功能的反馈通路和具有信号同向功能的前向通路，反馈通路用于实现ＬＤＯ电路的频率补偿并提高瞬态响应性能，前向通路用于抵消由ＬＤＯ传输元件的栅漏寄生电容产生的右半平面零点，从而改善系统的稳定性，拓展单位增益带宽。该电路具有结构简单、功耗低、能够有效消除右半平面零点等优点。
Improved LDO circuit using bidirectional asymmetric buffer structure
To improve the performance of LDO circuit using bidirectional asymmetric buffer structure, using two-way asymmetric buffer structure while providing feedback signal pathway and has the function of reverse signal to function prior to the pathway for the realization of the feedback path LDO frequency compensation circuit and improve the transient response performance, the forward path for RHP zeros generated by the offset LDO transmission components of the gate and drain parasitic capacitance, improve system stability, expand the unit gain bandwidth. The circuit has the advantages of simple structure, low power consumption and effective elimination of the right half plane zero point.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种LDO电路,特别是一种利用双向非对称緩冲器结构来有效 消除低压差线性稳压器中的右半平面零点，从而增强环路稳定性并提高系统性 能的LDO电路。技术背景线性电路中通常使用闭环负反馈系统。例如，在低压差线性稳压器(LDO, Low-Dropout Voltage Regulator)中，通过使用反馈环路来得到稳定的输出电 压。为了降低输入输出压差(Dropout电压)并增强电流驱动能力，LDO中的 传输元件(也称为传输管、调整管、功率管、Pass Element, Power Device 等)通常具有极大的宽长比(如20000pm/lMm)，因而其栅漏寄生电容Cgd通 常较大(如10pF)。寄生电容Cgd和传输元件的跨导gmp形成一个频率为gmp/Cgd 的右半平面零点cjzrhp，该零点的存在，降低了环路的稳定性，制约了LDO的 单位增益带宽和响应速度。为确保闭环系统能够稳定工作并实现高性能LDO的 设计目标，需要消除右半平面零点图1给出了现有的第一种消除右半平面零点的电路原理框图，包括增益级101、 LDO传输元件201、 LDO传输元件201的栅漏寄生电容Cgd202以及消 零电阻203。节点Vj、 W和V。分别为增益级101的输入端、输出端、以及LDO 的输出端，R、 d为节点^的输出阻抗和集总寄生电容，RL、 CL为节点V。 的输出阻抗(含负载阻抗)和负载电容。由于电容Cgd为栅漏寄生电容，因此 在物理上无法实现消零电阻Rz与电容Cgd的串联连接，这就使得图1所示电路 不能消除LDO中的右半平面零点U)ZRHP。图2给出了现有的第二种消除右半平面零点的电路原理框图。该图为图1 的改进结构，包括增益级101、 LDO传输元件201、 LDO传输元件201的栅漏寄生电容Cgd202、消零电阻203以及补偿电容Cf204。图2所示电路中，从 节点Vj到节点V。的传递函数为<formula>formula see original document page 6</formula>由上式可知，若RfCf >(Cf+Cgd)/gmp，则传递函数中存在一个左半平面零 点和一个右半平面零点；若RfC^^Cf+Cgd)/gmp，则所得到的左半平面零点为 1/(RfCf),而右半平面零点仍为gmp/Cgd。因此，该电路并不能消除右半平面零 点wZRHP。此外该电路还存在以下缺点容性负载驱动能力弱，需要使用大补 偿电容Cf,从而增加芯片面积，降低内部节点的压摆率和瞬态响应速度；P争低 了 LDO的电源电压抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)性能。图3给出了现有的第三种消除右半平面零点的电路原理框图，包括增益级 101、 LDO传输元件201、 LDO传输元件2Q1的栅漏寄生电容Cgd202、电流 緩冲级301、补偿电容Cf302以及补偿电阻Rf303。若主^ L点位于节点V15则图3所示电路从节点Vi到节点V。的传递函数为<formula>formula see original document page 6</formula>通过使用电流緩冲级301,图3所示电路可以阻断由电流緩冲级301、补 偿电容Cf302以及补偿电阻Rf303组成的补偿网络的前向通路，从而消除由补 偿电容Cf302引入的右半平面零点，但电流緩沖级301并不能消除原有的右半 平面零点wZRHP。图4给出了现有的第四种消除右半平面零点的电路原理框图，包括增益级 101、 LDO传输元件201、 LDO传输元件201的栅漏寄生电容Cgd202以及前 向跨导级301。前向跨导级301产生的小信号电流(iFTS=gmfVi)和流过寄生电容Cgd的小信号电流(iFF=-gm1Vi)具有相反的相位。因此，irrs可以用来抵消iFF。 图4所示电路从节点Vi到节点V。的传递函数为由上式可知，若g巾产gmi, 则右半平面零点可以完全被消除；若gm一gm" 则可以得到一个左半平面零点。然而，这种基于前向跨导级的右半平面零点消 除机制具有以下缺点首先，前向跨导级只能提供前向通路，因此无法实现反 馈补偿机制。通常情况下，单纯依靠传输元件的栅漏寄生电容Cgd并不足以确 保环路稳定。为此，需要加入额外的反馈补偿电路，这就增加了电路的复杂性 并有可能导致响应速度和PSRR性能的降低；其次，前向跨导级301增加了电 ;咯的复杂性，引入了额外的失调电压，并增加了增益级101输入端的寄生电容； 更为重要的是，前向跨导级适合于输出级为推挽式(Push-Pull)或AB类 (Class-AB)结构的应用场合。而在LDO电路中，输出级为传输元件，因而 前向跨导级的引入增加了 LDO的静态电流，不利于低功耗设计。本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提出一种能够有效消除 右半平面零点WzRHP实现频率补偿、反馈环路稳定性好、响应速度快、单位增 益带宽宽的利用双向非对称緩冲器结构提高性能的LDO电路。本专利技术的技术解决方案是利用双向非对称緩沖器结构提高性能的LDO电 路，包括緩冲级、第一反向增益级以及LDO传输元件；緩沖级的输入端为信号 输入端，緩冲级的输出端与第一反向增益级的输入端相连，第一反向增益级的 输出端与LDO传输元件的输入端相连，LDO传输元件的输出端为LDO电路的 信号输出端，LDO传输元件的栅漏寄生电容Cgd并联于LDO传输元件的输入 端和输出端，其特征在于在緩沖级的输出端与LDO传输元件的输出端之间还并联有双
技术实现思路
向非对称緩冲器，所述的双向非对称緩冲器可同时提供具有信号反向功能的反馈通路和具有信号同向功能的前向通路，反馈通路用于实现LDO电路的频率补 偿并提高瞬态响应性能；前向通路用于抵消由LDO传输元件的栅漏寄生电容 Cgd产生的右半平面零点，从而改善系统的稳定性，拓展单位增益带宽，抵消方 式包括完全消除所述右半平面零点、将所述右半平面零点转化为左半平面零点、 增加所述右半平面零点的频率。所述的双向非对称緩冲器包括第二反向增益级、电容Cf以及电阻Rf，第二 反向增益级和电阻Rf并联，第二反向增益级的输出端接至緩冲级的输出端，第 二反向增益级的输入端接至电容Cf的一端，电容Cf的另一端接至LDO传输元 件的输出端。所述的反馈通路由第二反向增益级、电阻Rf及电容Cf组成，具有信号反 向和放大功能，其小信号增益为1-gmfRf，其中gmf为第二反向增益级的跨导， Rf为电阻Rf的阻值。所述的前向通路由电阻Rf和电容Cf组成。所述的第二反向增益级为MOS晶体管或双极晶体管；当第二反向增益级 为MOS晶体管时，MOS晶体管的栅极和漏极分别作为第二反向增益级的输入 端和输出端，MOS晶体管的源极接地或参考电位；当第二反向增益级为双极晶 体管时，双极晶体管的基极和集电极分别作为第二反向增益级的输入端和输出 端，双极晶体管的发射极接地或参考电位。在所述緩沖级的输入端和LDO传输元件的输出端之间还包含有反馈网络 和误差放大器，反馈网络采样LDO的输出电压并得到反馈电压，误差放大器用 于放大所述反馈电压与LDO基准电压之间的差值；反馈网络的输入端与本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用双向非对称缓冲器结构提高性能的ＬＤＯ电路，包括缓冲级（４０１）、第一反向增益级（１０１）以及ＬＤＯ传输元件（２０１）；缓冲级（４０１）的输入端为信号输入端，缓冲级（４０１）的输出端与第一反向增益级（１０１）的输入端相连，第一反向增益级（１０１）的输出端与ＬＤＯ传输元件（２０１）的输入端相连，ＬＤＯ传输元件（２０１）的输出端为ＬＤＯ电路的信号输出端，ＬＤＯ传输元件（２０１）的栅漏寄生电容Ｃ↓［ｇｄ］（２０２）并联于ＬＤＯ传输元件（２０１）的输入端和输出端，其特征在于 ：在缓冲级（４０１）的输出端与ＬＤＯ传输元件（２０１）的输出端之间还并联有双向非对称缓冲器，所述的双向非对称缓冲器可同时提供具有信号反向功能的反馈通路和具有信号同向功能的前向通路，反馈通路用于实现ＬＤＯ电路的频率补偿并提高瞬态响应性能；前向通路用于抵消由ＬＤＯ传输元件（２０１）的栅漏寄生电容Ｃ↓［ｇｄ］（２０２）产生的右半平面零点，从而改善系统的稳定性，拓展单位增益带宽，抵消方式包括完全消除所述右半平面零点、将所述右半平面零点转化为左半平面零点、增加所述右半平面零点的频率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈良国，严祖树，赵元富，张兴，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，中国航天时代电子公司第七七二研究所，北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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