一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路制造技术

本发明专利技术公开了一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，输出功率管由大摆幅高增益放大器驱动，减小了输出功率管的尺寸和芯片面积，增大了LDO的环路增益，缩短了输出电压的恢复时间。此外，采用负载电流分区频率补偿电路进行频率补偿，不以牺牲环路增益带宽为代价，保证LDO在所有负载情况下保持稳定，也增强了高频电源噪声抑制能力。补偿电路不消耗静态电流并且面积较小，降低了LDO的静态功耗，减小了芯片面积。芯片面积。芯片面积。

【技术实现步骤摘要】
一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路


[0001]本专利技术涉及一种低漏失(LDO)线性稳压器电路
，具体为一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路。

技术介绍

[0002]LDO具有成本低、输出噪声小、电路结构简单、占用芯片面积小等优点，已成为电源管理芯片中的一类重要电路。LDO的本质是利用带隙基准产生的稳定电压和负反馈控制环路得到一个基本不随环境变化的输出电压。LDO能够将不断衰减的电池电压转换成低噪声的稳定精确电压，以满足便携式设备中对噪声敏感的模拟模块和射频模块的需要。LDO的瞬态响应主要由环路带宽和功率管栅极的电压转换速率所决定。在LDO的设计中，输出瞬态响应是一项非常重要的动态指标，它主要受环路稳定性、环路带宽和功率管栅极电位的转换速率影响。
[0003]现有的参考文献1“A High Load Current,Low
‑
Noise,Area
‑
Efficient,Full On
‑
Chip Regulator for CMOS Pixel Sensors.IEEE Transactions on Nuclear Science,2012,Vol.59,No.3:582
‑
588”公开了一种全片上集成LDO电路。如图1所示，该LDO电路主要包括一个误差放大器、一个缓冲器、一个PMOS功率管M
pass
、一个串联电阻
‑
电容网络(M
Z
和C
Z
)、一个反馈电阻网络(R
A
和R
B
)、一个输出电流监测电路。缓冲器可以将功率管M
pass
输入端的极点频率变高。串联电阻
‑
电容网络产生一个零点进行频率补偿。输出电流监测电路中分别有两个电流反馈通路去调节缓冲器的电流和串联电阻M
Z
的阻值，实现补偿零点和其他主要极点都能跟随输出极点移动。从而，保证负载从空载变化到满载时，LDO都能达到足够的相位裕度，整个系统稳定。
[0004]该LDO电路采用零极点跟踪方法进行频率补偿，电路面积较小，可以实现全片上集成，并且所有负载电流情况下均稳定工作，但存在以下缺点：
[0005]1、缓冲器的最低输出电压较高，输出摆幅受限，只能增大功率管的宽长比来保证输出较大负载电流，增加了电路面积。
[0006]2、缓冲器的增益小于1，使得LDO环路增益变小，输出瞬态响应变差，输出下冲电压变大，恢复时间变长。
[0007]3、输出电流监测电路在负载电流较小时无法准确监测输出电流并反馈到补偿电阻
‑
电容串，使得其他极点不能准确跟踪输出极点。负载电流较小时，相位裕度较差。并且在负载电流较大时，该电路消耗的电流也较大，增加了功耗。
[0008]为克服以上的缺点1和缺点2，参考文献2“一种快速瞬态响应LDO的设计与实现，微电子学,2014,44(5):634
‑
639.”公开了一种快速瞬态响应LDO电路。如图2所示，该文献采用缓冲级结构实现瞬态响应增强电路，提高了闭环带宽和功率管的栅极驱动电流，从而提高了瞬态响应性能。增加瞬态响应增强电路后，稳定性降低，所以采用密勒补偿方法提高相位裕度和稳定性。然而，该电路仍存在以下缺点：
[0009]1、密勒补偿电容限定了主极点频率，在一定程度上牺牲了环路增益带宽，影响瞬
态响应性能和高频电源噪声抑制性能。
[0010]2、密勒补偿电容和输出电容呈正比关系，增加了电路的版图面积，不利于实现全芯片集成。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种新型的小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，为了克服参考文献1和参考文献2公开的LDO电路的缺点，本专利技术在保证小面积、低功耗，不牺牲环路增益带宽的情况下，实现了快速瞬态响应。
[0012]本专利技术提供了一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，包括：
[0013]差动放大器A1，其正相输入端与基准电压V
ref
模块相连接；
[0014]反馈电阻网络，其输出端与所述差动放大器A1的反相输入端相连接，所述差动放大器A1用于将所述反馈电阻网络模块输出的反馈电压与所述基准电压V
ref
模块的基准电压之间的误差进行放大；
[0015]缓冲器A2，其输入端与所述差动放大器A1的输出端相连接；
[0016]大摆幅高增益放大器A3，其输入端与所述缓冲器A2的输出端连接，所述缓冲器A2用于隔离所述差动放大器A1与所述大摆幅高增益放大器A3；
[0017]输出功率管，其输入端与所述大摆幅高增益放大器A3的输出端相连接，其输出端分别与反馈电阻网络、负载模块相连接，所述大摆幅高增益放大器A3用于降低输出功率管的最小栅极电压，同时用于补偿所述缓冲器A2造成的增益衰减，增大LDO的环路增益；
[0018]负载电流分区频率补偿电路，其输入端与所述差动放大器A1的输出端相连接，用于在维持LDO的环路增益带宽的前提下，实现负载电流的频率补偿。
[0019]优选的，所述大摆幅高增益放大器A3为由晶体管组成的推挽级放大器。
[0020]优选的，还包括工作电压VDD，所述工作电压VDD为所述差动放大器A1、负载电流分区频率补偿电路、输出功率管供电。
[0021]优选的，所述负载电流分区频率补偿电路包括定值电阻R
b
、定值电阻R
z
、可调节电阻R
v
、可变电容C
z
、开关SW；
[0022]所述定值电阻R
b
的阻值大于定值电阻二R
z
的阻值；
[0023]所述定值电阻R
b
一端和可调节电阻R
v
一端均与所述工作电压VDD连接，所述定值电阻R
b
与定值电阻R
z
串联后再与可调节电阻R
v
并联，所述开关SW与定值电阻R
b
并联，所述可变电容C
z
的两端分别与所述差动放大器A1的输出端和所述定值电阻R
z
及可调节电阻R
v
并联的一端连接。
[0024]优选的，所述负载电流分区频率补偿电路采用定值电阻R
b
、定值电阻R
z
、可调节电阻R
v
与可变电容C
z
形成的串联网络产生的零点来进行负载电流的频率补偿。
[0025]优选的，所述可调节电阻R
v
的阻值和所述可变电容C
z
的电容值均由随负载模块中的负载电流变化的电压进行调节。
[0026]优选的，所述负载电流分区频率补偿电路采用所述输出功率管的栅极电压作为可调节电阻R
v
的调节电压。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，其特征在于，包括：差动放大器A1，其正相输入端与基准电压V
ref
模块相连接；反馈电阻网络，其输出端与所述差动放大器A1的反相输入端相连接，所述差动放大器A1用于将所述反馈电阻网络模块输出的反馈电压与所述基准电压V
ref
模块的基准电压之间的误差进行放大；缓冲器A2，其输入端与所述差动放大器A1的输出端相连接；大摆幅高增益放大器A3，其输入端与所述缓冲器A2的输出端连接，所述缓冲器A2用于隔离所述差动放大器A1与所述大摆幅高增益放大器A3；输出功率管，其输入端与所述大摆幅高增益放大器A3的输出端相连接，其输出端分别与反馈电阻网络、负载模块相连接，所述大摆幅高增益放大器A3用于降低输出功率管的最小栅极电压，同时用于补偿所述缓冲器A2造成的增益衰减，增大LDO的环路增益；负载电流分区频率补偿电路，其输入端与所述差动放大器A1的输出端相连接，用于在维持LDO的环路增益带宽的前提下，实现负载电流的频率补偿。2.根据权利要求1所述的一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，其特征在于：所述大摆幅高增益放大器A3为由晶体管组成的推挽级放大器。3.根据权利要求1所述的一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，其特征在于：还包括工作电压VDD，所述工作电压VDD为所述差动放大器A1、负载电流分区频率补偿电路、输出功率管供电。4.根据权利要求3所述的一种小面积快速瞬态响应全片上集成LDO电路，其特征在于：所述负载电流分区频率补偿电路包括定值电阻R
b
、定值电阻R
z
、可调节电阻R
v
、可变电容C
z
、开关SW；所述定值电阻R
b
的阻值大于定值电阻二R
z
的阻值；所述定值电阻R
b
一端和可调节电阻R
v
一端均与所述工作电压VDD连接，所述定值电阻R
b
与定值电阻R
z
串联后再与可调节电阻R
v
并联，所述开关SW与定值电阻R
b
并联，所述可变电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，杨聚鑫，郑然，魏晓敏，薛菲菲，胡永才，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：