一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO制造技术

本发明专利技术属于模拟集成电路技术领域，具体涉及一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO。本发明专利技术的电路包括稳定参考电压产生回路、快速响应回路、AB类功率级。本发明专利技术采用FVF结构实现高速瞬态响应，在传统FVF

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO


[0001]本专利技术属于模拟集成电路
，具体涉及一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO。

技术介绍

[0002]旺盛的市场需求催生了集成电路蓬勃发展。小型化、高度集成、SoC等技术发展促使无片外电容型的低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator
‑
LDO)快速发展。LDO输出作为电源为芯片内部其他模块提供电源。
[0003]在大规模数模混合电路中，频繁地、高速地数字电路切换动作使得LDO的负载一直在快速的变化，这就需要LDO的瞬态响应速度足够快以维持输出电压的稳定。大量移动设备对功耗的要求越来越高。传统的LDO不足以满足低功耗、大负载电流、优良的瞬态响应速度等要求，因此亟需一种新的结构来满足业界需求。

技术实现思路

[0005]针对上述所述的传统低压差线性稳压器存在的静态功耗以及瞬态响应的问题，本专利技术提出了一种低功耗且快速瞬态特性的无片外电容低压差线性稳压器。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO，包括：稳定参考电压产生回路、快速响应回路、AB类功率级。
[0008]所述稳定参考电压产生回路包括放大器AM、MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、参考输入电压Vref和偏置电压Vb1，其中放大器AM的正输入端连接VREF，负输入端和MOS管M2的漏级相连；放大器AM的输出和MOS管M2的栅极相连；MOS管M3的栅极和漏极连接，并连接至MOS管M2的源极，MOS管MN3的源极接地；MOS管M1的栅极连接偏置电压Vb1，MOS管M1的源极接电源VDD。
[0009]所述快速响应回路包括MOS管M4、功率MOS管Mp、功率MOS管Mn；其中MOS管M4的漏极和功率MOS管Mn的栅极连接，MOS管M4的源级和功率MOS管Mp的漏级连接，功率MOS管Mp的漏极和功率MOS管Mn的漏级连接。MOS管M5的源级连接至电容Cm的上极板，功率MOS管Mp和功率MOS管Mn的漏级连接至电容Cm的下级板。
[0010]所述AB类功率级包括MOS管M7、MOS管M8、功率MOS管Mp、功率MOS管Mn，其中MOS管M7漏级连接功率MOS管Mp的栅极，MOS管M7漏级连接功率MOS管Mn的栅极，MOS管M7的栅极连接偏置电压Vb3；MOS管M8的漏级连接MOS管M7的漏级，MOS管M8的栅极连接偏置电压Vb4。
[0011]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的低压差线性稳压器以FVF环路为核心，同时利用CLASSAB输出级来实现低功耗以及更高的环路增益。相较于现已有的LDO，本专利技术创造在低功耗、瞬态响应等参数方面有良好的表现。
附图说明
[0012]图1为本专利技术主体电路示意图；
[0013]图2为轻载时的波特图；
[0014]图3为重载时的波特图；
[0015]图4为负载跳变时的瞬态响应图。
具体实施方案
[0016]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术进行详细地说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]本专利技术提出的一种高精度快速瞬态响应的低压差线性稳压器，包括稳定参考电压产生回路、快速响应回路、AB类功率级，如图1所示。
[0018]本所述稳定参考电压产生回路的工作过程为：
[0019]放大器AM正输入端连接Vref，负输入端和输出相连，形成单位增益放大器，使得MOS管M2的漏级等于Vref，从而使MOS管M2的栅级电压为Vref减去开启电压Vth；MOS管M1的栅极连接偏置电压Vb1，产生支路电流I1；MOS管M6的栅极连接偏置电压Vb3产生支路电流I2；MOS管M8的栅极连接偏置电压Vb4产生支路电流I3；各支路电流满足
[0020]I1＝I4＝I2
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I3
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(1)
[0021]MOS管M2的栅级电压通过电容C2和电阻R1构成的低通滤波网络后连接至MOS管M4的栅极，根据MOS管饱和区电流公式
[0022]MOS管M2的源级电压等于MOS管M4的源级电压，从而实现一个稳定的参考电压的产生。
[0023]所述快速响应回路的工作过程为：
[0024]MOS管M4检测LDO输出端Vout的变化，当输出电压升高时，MOS管M4的源极电压和漏极电压也升高，MOS管M7的源级电压和漏极电压随之升高，功率MOS管Mp和功率MOS管Mn的栅极同样升高，从而减小功率MOS管Mp的栅源电压，减少Mp输出电流，增大功率MOS管Mn的栅源电压，增大吸收电流，进而降低Vout，使得Vout恢复到预设的Vref电压值。同理，当输出电压降低时，MOS管M4的源极电压和漏极电压也降低，MOS管M7的源级电压和漏极电压随之降低，功率MOS管Mp和功率MOS管Mn的栅极同样降低，从而提高功率MOS管Mp的栅源电压，增大Mp输出电流，减少功率MOS管Mn的栅源电压，减少吸收电流，进而提高Vout，使得Vout恢复到预设的Vref电压值。为了保证所述快速响应回路的稳定性，电容Cm与MOS管M5以及MOS管M7构成Cascode补偿将右半平面零点移至高频，来保证整个环路的稳定性。
[0025]所述AB类功率级的工作过程为：
[0026]当电路工作在轻载状态下，由MOS管M7来给功率MOS管Mp、功率MOS管Mn提供直流偏置，通过调整MOS管M8的电流以及MOS管M7的宽长比来调整MOS管M7的源级电压和漏级电压，来让功率MOS管Mp和功率MOS管Mn工作在亚阈区来降低整个电路的静态功耗。当电路连接负载时，考虑到本电路的使用情景，在对后级电容进行驱动时，电容上的电位会有高低电位两
种情况，AB类的设计可以通过功率MOS管Mp为外部电路提供电流，同样可以通过功率MOS管Mn来吸收外部的电流，实现了静态电流较小时，可以瞬时提供或吸收较大的瞬态电流。
[0027]图2是本专利技术在轻载情下的稳定性仿真图，在这种情况下功率MOS管Mp和功率MOS管Mn均工作在亚阈区实现了低静态功耗，LDO使用了Cascode补偿。
[0028]图3是本专利技术在重载情况下的稳定性仿真图。可以看到，在轻载和重载的情况下，LDO均有良好的相位裕度和增益带宽积，整个系统能保持稳定。
[0029]图4是本专利技术LDO的瞬态响应波形，负载在10ns从100uA跳变到10mA时，输出电压的下冲电压为400mV，且上冲恢复时间为230ns；负载在10ns从10mA降至100uA时，输出电压的上冲电压为250mV，且上冲恢复时间为205ns。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗AB类输出的FVF结构LDO，其特征在于，包括：稳定参考电压产生回路(1)、快速响应回路(2)、AB类功率级(3)，其中：所述稳定参考电压产生回路(1)包括放大器AM、MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、参考输入电压Vref和偏置电压Vb1，其中放大器AM的正输入端连接VREF，负输入端和MOS管M2的漏级相连；放大器AM的输出和MOS管M2的栅极相连；MOS管M3的栅极和漏极连接，并连接至MOS管M2的源极，MOS管MN3的源极接地；MOS管M1的栅极连接偏置电压Vb1，MOS管M1的源极接电源VDD。所述快速响应回路(2)包括MOS管M4、功率MOS管Mp、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威，王智霖，张瑞峰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：