一种数模混合线性稳压器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数模混合线性稳压器系统，该系统的参考电压源为所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2提供比较参考电压值；电阻分压反馈网络将输出电压进行分压，产生两个待比较电压分别提供给所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2；模拟电压比较器1和模拟电压比较器2用于分别比较所述电阻分压反馈网络产生的电压与参考电压的关系，控制RC振荡器和电流泄放开关；RC振荡器用于产生时钟信号驱动所述电荷泵电路；电荷泵电路用于在所述RC振荡器驱动下，提高调整晶体管栅极电压，电流泄放开关用于降低调整晶体管栅极电压。本发明专利技术电路系统结构简单，在无较大片上补偿电容的基础上，结合模拟LDO和数字LDO的优点，保证了数模混合LDO系统很好的稳定性和瞬态响应。LDO系统很好的稳定性和瞬态响应。LDO系统很好的稳定性和瞬态响应。

【技术实现步骤摘要】
一种数模混合线性稳压器系统


[0001]本专利技术涉及CMOS数模混合集成电路领域，特别涉及数字电路系统电源稳压技术。

技术介绍

[0002]低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)系统，由于电路结构简单、自身消耗电流低、输出电压纹波小，集成度高等优点，广泛应用于片上系统(System on Chip，SoC)等大规模数字系统中。LDO将一定范围的输入电压转换成稳定的输出电压提供给负载电路，保证SoC电路在工作过程中电源电压的稳定。通常情况下，负载电路往往是大规模数字电路，伴随着负载电路的不同工作状态，不同时刻对电压源索取的电流不同，这就要求LDO具有较强的驱动能力以及快速响应能力，以保证受控电路稳定的工作。
[0003]随着SoC的集成度越来越高，对LDO的功耗以及面积成本提出了更高的要求，为了降低使用成本并且保证良好的稳定性，对无片外电容补偿的模拟LDO(Capless
‑
LDO)需求不断增加，而这种LDO通常需要加入较大的片上电容来进行频率补偿，使得LDO的环路在工作中保持稳定。而芯片中的电容实现会占用很大的面积。
[0004]与模拟LDO相比，数字LDO具有调整晶体管面积小、稳定性问题更容易解决，更好的工艺扩展性等优点，近年来成为研究的热点。但是，数字LDO的调整晶体管被分成若干个相同的子单元，调整晶体管的选择通常采用RS锁存器和双向移位寄存器的方式实现，造成对LDO的输出电压的控制不连续，输出产生较大的纹波。另外，数字LDO导通状态下的调整晶体管工作在深线性区，该区域调整晶体管的等效电阻很小，造成数字LDO整体的电源抑制比(Power Supply Rejected Ratio，PSRR)很差。
[0005]为了应对模拟LDO的稳定性和芯片成本，数字LDO的纹波和PSRR不足的问题，提出了一种数模混合结构LDO。图1显示了其结构示意图。该数模混合LDO系统结构清晰、明了，在无较大片上电容补偿的基础上，结合模拟LDO和数字LDO的优点，保证了稳压系统很好的稳定性和瞬态响应。通过输出电压通过电阻分压反馈网络，与参考电压源构成两组电压源，并由模拟电压比较器对两个待比较电压与参考电压大小比较，产生相应的逻辑控制信号，控制RC振荡器、电荷泵电路、电流泄放开关和调整晶体管的栅极电压，将输出电压的波动限制在一定区间范围内，完成稳压操作。

技术实现思路

[0006]本专利技术所提供的一种数模混合线性稳压器系统，为高集成度SoC中电源管理提供替代方案，解决了现有模拟LDO补偿难度高、面积大，数字LDO的PSRR低、纹波较大等问题。
[0007]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种数模混合线性稳压器系统，包括参考电压源、电阻分压反馈网络、模拟电压比较器1、模拟电压比较器2、RC振荡器、电荷泵电路、电流泄放开关以及调整晶体管；
[0008]所述参考电压源，用于为所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2提供比较参考电压值；
[0009]所述电阻分压反馈网络，用于将所述调整晶体管输出电压进行分压，产生两个电压分别提供给所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2；
[0010]所述模拟电压比较器1，用于比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th1
与参考电压的关系，控制所述电流泄放开关；
[0011]所述模拟电压比较器2，用于比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th2
与参考电压的关系，控制所述RC振荡器；
[0012]所述RC振荡器，用于产生时钟信号驱动所述电荷泵电路；
[0013]所述电荷泵电路，用于在所述RC振荡器驱动下，提高所述调整晶体管栅极电压，进而提高数模混合稳压器系统的输出电压；
[0014]所述电流泄放开关，用于降低所述调整晶体管栅极电压，进而降低稳压器的输出电压；
[0015]所述调整晶体管，用于根据电流泄放开关和电荷泵电路的通断，实现输出电压的稳定。
[0016]所述电阻分压反馈网络用于对输出电压进行分压，并产生两个待比较电压V
th1
和V
th2
。
[0017]所述电压模拟比较器1和电压模拟比较器2结构相同，采用未加频率补偿的两级运算放大器结构。
[0018]所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2分别完成待比较电压V
th1
和V
th2
与参考电压V
ref
的比较，并产生逻辑控制信号。
[0019]所述RC振荡器受所述模拟电压比较器2产生的逻辑信号控制，判断是否产生时钟信号。
[0020]所述电荷泵电路在所述RC振荡器产生的时钟信号驱动下，提高所述调整晶体管的栅极电压。
[0021]所述电流泄放开关用于所述模拟电压比较器1产生控制逻辑信号后，连接所述调整晶体管栅极到地的泄放通路，以降低所述调整晶体管的栅极电压。
[0022]所述调整晶体管栅极电压的提高或者降低由所述电阻分压反馈网络产生的待比较电压值V
th1
和V
th2
来决定：
[0023]如果数模混合线性稳压器系统的电阻分压反馈网络输出的待比较电压V
th1
大于参考电压V
ref
，则所述模拟电压比较器1输出逻辑信号，开启所述调整晶体管栅极与地通路，降低所述调整晶体管栅极电压，进而降低输出电压V
O
；
[0024]如果数模混合线性稳压器系统的电阻分压反馈网络输出的待比较电压V
th2
小于参考电压V
ref
，则所述模拟电压比较器2输出逻辑信号，开启所述RC振荡器和电荷泵电路，提高所述调整晶体管栅极电压，进而提高输出电压V
O
。
[0025]一种数模混合线性稳压方法，包括以下步骤：
[0026]参考电压源为所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2提供比较参考电压值；电阻分压反馈网络将所述调整晶体管输出电压进行分压，产生两个电压分别提供给所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2；
[0027]模拟电压比较器1比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th1
与参考电压的关系，控制所述电流泄放开关；模拟电压比较器2比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th2
与参
考电压的关系，控制所述RC振荡器；
[0028]RC振荡器产生时钟信号驱动电荷泵电路，电荷泵电路在RC振荡器驱动下，提高所述调整晶体管栅极电压，进而提高数模混合稳压器系统的输出电压；电流泄放开关降低调整晶体管栅极电压，进而降低稳压器的输出电压。
[0029]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0030]本专利技术通过采用参考电压源、电阻分压反馈网络、模拟电压比较器1、模拟电压比较器2、RC振荡器、电荷泵电路、电流泄放开关及调整晶体管实现了一种数模混合线性稳压器电路系统。该系统由两个模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数模混合线性稳压器系统，其特征在于，包括参考电压源、电阻分压反馈网络、模拟电压比较器1、模拟电压比较器2、RC振荡器、电荷泵电路、电流泄放开关以及调整晶体管；所述参考电压源，用于为所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2提供比较参考电压值；所述电阻分压反馈网络，用于将所述调整晶体管输出电压进行分压，产生两个电压分别提供给所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2；所述模拟电压比较器1，用于比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th1
与参考电压的关系，控制所述电流泄放开关；所述模拟电压比较器2，用于比较所述电阻分压反馈网络产生的电压V
th2
与参考电压的关系，控制所述RC振荡器；所述RC振荡器，用于产生时钟信号驱动所述电荷泵电路；所述电荷泵电路，用于在所述RC振荡器驱动下，提高所述调整晶体管栅极电压，进而提高数模混合稳压器系统的输出电压；所述电流泄放开关，用于降低所述调整晶体管栅极电压，进而降低稳压器的输出电压；所述调整晶体管，用于根据电流泄放开关和电荷泵电路的通断，实现输出电压的稳定。2.如权利要求1所述的一种数模混合线性稳压器系统，其特征在于，所述电阻分压反馈网络用于对输出电压进行分压，并产生两个待比较电压V
th1
和V
th2
。3.如权利要求1所述的一种数模混合线性稳压器系统，其特性在于，所述电压模拟比较器1和电压模拟比较器2结构相同，采用未加频率补偿的两级运算放大器结构。4.如权利要求1或2或3所述的一种数模混合线性稳压器系统，其特征在于，所述模拟电压比较器1和模拟电压比较器2分别完成待比较电压V
th1
和V
th2
与参考电压V
ref
的比较，并产生逻辑控制信号。5.如权利要求1或3所述的一种数模混合线性稳压器系统，其特征在于，所述RC振荡器受所述模拟电压比较器2产生的逻辑信号控制，判断是否产生时钟信号。6.如权利要求1所述的一种数模混合线性稳压器系统，其特征在于，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：范军，冯喆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十七研究所，
类型：发明
国别省市：