一种快速响应的低压差线性稳压电路制造技术

本发明专利技术公开一种快速响应的低压差线性稳压电路，属于电源电路领域。所述快速响应的低压差线性稳压电路包括了运放部分、超级源跟随器部分、负载电流检测部分以及压控电阻部分。超级源跟随器的引入，很大程度地增强了电路的输出驱动能力；负载电流检测部分可以将负载电流的变化转化成一个控制量，对电路进行控制。将电流变化转化成一个控制电压，来控制压控电阻；压控电阻的实现方式有很多种。本发明专利技术实现了一种输出纹波低、响应速度快的LDO设计，在宽范围的负载电流变化条件下，能快速将输出电压拉回所需值，且纹波很小。且纹波很小。且纹波很小。

【技术实现步骤摘要】
一种快速响应的低压差线性稳压电路


[0001]本专利技术涉及电源电路
，特别涉及一种快速响应的低压差线性稳压电路。

技术介绍

[0002]LDO（Low Dropout regulator，低压差线性稳压器）的功能是将电源电压转换为一个较低的参考电压，给后续电路使用。LDO的关键指标有压差、噪声Noise、电源电压抑制比PSRR、静态电流 。好的LDO设计应当满足低纹波、响应速度快、电源电压抑制比高等特点。
[0003]目前常见的LDO设计结构如图1所示，电路的运放接成单位增益负反馈模式，所以输出电压V
out
和输入参考电压V
ref
相等。当输出电压V
out
变化时，运算放大器将输出电压V
out
和输入参考电压V
ref
的差值放大，以改变M1管的栅极电压，控制M1管的电流，进而控制流向负载的电流大小，将输出电压V
out
拉回正常值。
[0004]该LDO通常用来给片上低压模块供电，需要较大的片上滤波电容C
L
来稳住输出电压，使其满足一定的纹波要求。但是如果给小规模数字电路这种瞬态电流很大，平均电流较小的负载供电时，比如1ns以内电流会从1mA跳变至500mA左右，运放带宽通常比较窄环路无法快速响应，LDO输出阻抗大约只有1/g
m1
，对于如此大的电流变化，输出纹波会跳至几百毫伏，因此需要非常大的滤波电容C
L
（>10nF）来稳住输出电压，这对于片上电容来说面积是非常巨大的。
[0005]图1中电路的环路已经标出，其极点有两个，分别在M1管的栅极处，和输出电压 处，两个极点大小分别为：其中指的是运放的输出电阻，该电阻数值较大，所以环路的主极点为P1，次极点为P2。低纹波性能要求负载电容C
L
很大，P2会很小，为了满足稳定要求，主极点P1需要减小，所需的补偿电容变大，又需要很大的电路面积，同时也会让带宽变窄，响应速度变慢。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种快速响应的低压差线性稳压电路，以解决
技术介绍
中的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种快速响应的低压差线性稳压电路，包括运算放大器A1、NMOS管M1、NMOS管M4、NMOS管M5、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M6、电流源I1、电流源I2、压控电阻Rx、负载电阻RL、电容Cx、滤波电容CL、补偿电容Cc；NMOS管M1的栅端接运算放大器A1的输出端，源端接电流源I2的输入端，漏端接电流源I1的输出端；PMOS管M2的
栅端接电流源I1的输出端，源端接电源电压VDD，漏端接NMOS管M1的源端；PMOS管M3的栅端接电流源I1的输出端，源端接电源电压VDD，漏端接NMOS管M4的漏端；NMOS管M4的源端接地，漏端和栅端均连接NMOS管M5的栅端；NMOS管M5源端接地，漏端接PMOS管M6的漏端；PMOS管M6的源端接电源电压VDD，漏端和栅端均连接压控电阻Rx的控制端；压控电阻Rx的首端与电源电压VDD连接，尾端与PMOS管M2的栅端连接；运算放大器A1的正输入端接入参考电压Vref，负输入端连接NMOS管M1的源端；负载电阻RL的一端连接NMOS管M1的源端，另一端接地；滤波电容CL的一端连接NMOS管M1的源端，另一端接地。
[0008]可选的，所述电容Cx的一端接PMOS管M2的栅端，另一端接地。
[0009]可选的，所述补偿电容Cc的一端接NMOS管M1的栅端，另一端接地。
[0010]在本专利技术提供的快速响应的低压差线性稳压电路中，具有以下有益效果：（1）实现了一种输出纹波低、响应速度快的LDO设计，在宽范围的负载电流变化条件下，能快速将输出电压拉回所需值，且纹波很小；（2）电路所需的面积很小，相对于一般的LDO设计，滤波电容的面积大大减小；（3）结构精妙，对LDO电路，做出创新性改进，增加的新检测电路，通过控制环路的极点，提高了电路稳定性。
附图说明
[0011]图1是传统LDO电路结构示意图；图2是本专利技术提供的一种快速响应的低压差线性稳压电路结构示意图；图3是环路Loop B结构示意图；图4是带有电流检测模块和压控电阻Rx的环路Loop B结构示意图。
具体实施方式
[0012]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种快速响应的低压差线性稳压电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0013]本专利技术提供了一种快速响应的低压差线性稳压电路，其架构如图2所示，包括运算放大器、超级源跟随器（SSF，Super Source Follower）、电流检测模块和压控电阻结构。
[0014]第一部分为运算放大器部分，接成单位增益负反馈模式，使的输出电压V
out
和输入参考电压V
ref
相等，运放A1提供电路所需的高增益，NMOS管M1起到源跟随器的作用，NMOS管M1的栅源电压差为一个V
GS
，补偿电容C
C
提高环路稳定性。
[0015]第二部分为超级源跟随器部分，相对普通的LDO结构增加了功率管PMOS管M2，负载所需电流变大时，PMOS管M2的电流可以增大，提供高驱动能力。图2中ro1和ro2分别指从NMOS管M1和PMOS管M2的漏极看入的等效电阻，画在图中作为代表，并不额外并联电阻。同时SSF的引入，会让变化的负载电流全部流经PMOS管M2，而NMOS管M1的电流几乎不变，所以运放输出位置的静态工作点不会随负载电流变化。而且，由于SSF的输出阻抗 比普通的源极跟随器（SF，Source Follower）要小一个数量级（R
out
=1/(g
m1
×
g
m2
×
r
O1
)），所以环路带
宽通常会比普通LDO环路带宽要宽很多，因此对于较快的负载电流变化，响应速度会很快。
[0016]第三部分为电流检测模块和压控电阻结构，引入了压控电阻R
X
。电流检测模块通过检测PMOS管M2的电流变化，将负载电流转换为一个控制电压，进而控制电阻阻值大小，以保持该处的极点相对不变，提高了不同负载电流下环路的稳定性。
[0017]整个电路包含的主要环路已在图中标出，分别是Loop A和Loop B。
[0018]当负载电阻R
L
为无穷大时，流过PMOS管M2的电流大小为I
M2_0
，电流源I1为NMOS管M1正常工作在饱和区提供静态电流，电流源I2=I1+I
M2_0
。当负载电阻R
L
逐渐减小时，负载电流为V
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速响应的低压差线性稳压电路，其特征在于，包括运算放大器A1、NMOS管M1、NMOS管M4、NMOS管M5、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M6、电流源I1、电流源I2、压控电阻Rx、负载电阻RL、电容Cx、滤波电容CL、补偿电容Cc；NMOS管M1的栅端接运算放大器A1的输出端，源端接电流源I2的输入端，漏端接电流源I1的输出端；PMOS管M2的栅端接电流源I1的输出端，源端接电源电压VDD，漏端接NMOS管M1的源端；PMOS管M3的栅端接电流源I1的输出端，源端接电源电压VDD，漏端接NMOS管M4的漏端；NMOS管M4的源端接地，漏端和栅端均连接NMOS管M5的栅端；NMOS管M5源端接地...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭凡，董业民，张振伟，
申请(专利权)人：上海芯炽科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：