一种输出电压快速响应的LDO电源制造技术

本发明专利技术公开了一种输出电压快速响应的LDO电源，涉及集成电路技术领域，包括误差放大器、缓冲级电路、输出及反馈模块和检测模块，误差放大器比较基准参考电压和反馈信号产生控制信号并输出到缓冲级电路；缓冲级电路驱动输出及反馈模块，接收到检测模块的检测信号时，使输出及反馈模块的输出电压停止增加；输出及反馈模块，输出电压并输出反馈信号至误差放大器；检测模块检测到输出电压瞬间变化超过预设值后，输出检测信号至缓冲级电路。本发明专利技术通过设计参数即可调整检测模块的调整时间，在LDO带载能力范围内无论负载切换多快多频繁，始终都能将输出的电压波动控制在50mV以内，避免了长时间过大输出的电压损坏其它芯片的问题。长时间过大输出的电压损坏其它芯片的问题。长时间过大输出的电压损坏其它芯片的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种输出电压快速响应的LDO电源


[0001]本专利技术涉及集成电路
，具体的说，是一种输出电压快速响应的LDO电源。

技术介绍

[0002]随着芯片技术不断地发展进步，3nm、5nm等先进制程也逐步进入量产阶段，使得各种处理器芯片在同等面积情况下集成度增加，处理速度变快，与此同时对电源电压的要求也越来越高。随着制程的降低，芯片的供电电压也等比列降低，假设标准供电电压为VCC，一般芯片的安全供电电压范围为VCC
±
VCC*10%，如VCC=0.9V时，其安全供电电压范围为VCC
±
VCC*10%即0.81V~0.99V，超过0.99V时的供电电压时，极易造成芯片物理性损坏，且不可修复，而低于0.81V的供电电压可能会导致芯片工作不正常。在应用于便携式设备的场景中，供电芯片(电源输出口)一般会使用外挂电容（在PCB板上增加一个大容值电容用于稳压）的低功耗(微安级别的静态功耗)低压差线性稳压器LDO供电，这样供电芯片的输出电压会比较稳定，在负载瞬间变化的情况下其LDO的输出电压会有瞬间的变化，如负载从100mA变化为0mA时，LDO的输出电压会瞬间增加几百毫伏（有外挂电容的），从0mA变化为100mA时LDO输出电压又会瞬间减小几百毫伏（若使用不带外挂电容的LDO，其瞬变电压甚至会达到LDO的电源电压），在低功耗情况下变化的电压恢复到正常电压的时间会大大增加，也极大增加了芯片烧坏的几率以及功能错误。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种输出电压快速响应的LDO电源，用于解决现有技术中使用外挂电容的供电芯片在负载瞬间变化的情况下其输出电压瞬间变化较大且变化的电压回复到正常电压的时间增加，增加芯片烧坏的几率以及供电芯片功能错误的问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案解决上述问题：一种输出电压快速响应的LDO电源，包括误差放大器、缓冲级电路、输出及反馈模块和检测模块，其中：误差放大器，用于比较输入的基准参考电压和输出及反馈模块的反馈信号，产生控制信号并输出到缓冲级电路；缓冲级电路，用于驱动输出及反馈模块，以及当接收到所述检测模块输出的检测信号时，调整输出信号使输出及反馈模块的输出电压停止增加；输出及反馈模块，用于根据缓冲级电路的输出信号驱动自身的功率管开启或关闭，调整输出电压，并输出反馈信号至误差放大器；检测模块，用于在检测到所述输出电压瞬间变化超过预设值后，输出检测信号至缓冲级电路，并在所述输出电压瞬间变化小于预设值后关闭。
[0005]本专利技术包括误差放大器、缓冲级电路、输出及反馈模块和检测模块，误差放大器通过接收输出端反馈回来的信号与基准参考电压比较产生控制信号输出到缓冲级电路；缓冲级电路具有大驱动能力能够很快驱动功输出及反馈模块；输出及反馈模块产生输出电压以
及反馈信号；检测电路检测输出电压的变化，仅当与输出连接的负载瞬间变化很大时检测模块才会响应，检测到变化后将信号输出到缓冲级电路，此时缓冲级电路会将输出模块中的功率管关闭，输出电压在此时也停止增加，此时检测模块工作在系统反应之前，等待系统反应(由于系统带宽限制，瞬间变化的时间远小于系统能够响应的时间)调整系统保持输出电压不变后检测模块关闭。
[0006]所述误差放大器采用折叠式共源共栅运算放大器，具体地，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12，所述MOS管M1的栅极连接偏置电压VP1，MOS管M2的栅极连接偏置电压VP2，MOS管M11和MOS管M12的栅极连接偏置电压VN1，MOS管M9和MOS管M10的栅极连接偏置电压VN2，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的源极，MOS管M1的源极连接供电电压VCC，MOS管M2的漏极连接MOS管M3和MOS管M4的源极，MOS管M3的栅极作为误差放大器的正输入端，MOS管M4的栅极作为误差放大器的负输入端；MOS管M3的漏极连接MOS管M10的源极和MOS管M12的漏极，MOS管M4的漏极连接MOS管M9的源极和MOS管M11的漏极；MOS管M11和MOS管M12的源极接地，MOS管M9的漏极连接MOS管M7的漏极、MOS管M5的栅极和MOS管M6的栅极，MOS管M7的栅极连接MOS管M8的栅极和偏置电压VP2，MOS管M7的源极连接MOS管M5的漏极，MOS管M8的漏极与MOS管M10的漏极连接并作为误差放大器的输出端；MOS管M8的源极连接MOS管M6的漏极，MOS管M5和MOS管M6的源极连接MOS管M1的源极。
[0007]本专利技术采用了折叠式共源共栅运算放大器，折叠式共源共栅运算放大器具有单级高增益特性满足需求，满足在任何情况下系统保持稳定，且整个系统的相位裕度保持在45
°
以上，避免了应用于SOC或者其它要求较高的芯片时，相位裕度低于45
°
时在负载变化大的时候LDO输出电压会有一个呈衰减的振荡态，避免了可能导致的系统问题。
[0008]所述MOS管M10的源极还连接电容C1的第一端，电容C1的第二端连接所述输出及反馈模块的输出电压。
[0009]本专利技术采用的米勒补偿技术将补偿点放在MOS管M10和MOS管M12之间，相比传统的将补偿点放在MOS管M8和MOS管M10之间，此方法有3个优点：1、增强了电源抑制比；2、极大增加了运放的压摆率（电压转换速率Slew Rate，简称压摆率）；3、利用MOS管M10额外增加了一个补偿零点。
[0010]所述缓冲级电路包括MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17和MOS管M18，所述MOS管M13和MOS管M16的栅极连接偏置电压VP1，MOS管M13和MOS管M16的源极连接所述供电电压VCC，MOS管M13的漏极连接MOS管M14的源极，MOS管M16的漏极连接MOS管M17的源极，MOS管M14和MOS管M17的栅极连接偏置电压VP1，MOS管M14的漏极连接MOS管M15的源极、MOS管M18的漏极并作为缓冲级电路的输出端连接所述输出及反馈模块，MOS管M15的栅极作为缓冲级电路的输入端连接所述误差放大器的输出端，MOS管M15的漏极接地，MOS管M18的源极连接MOS管M17的漏极，MOS管M18的栅极连接所述检测模块的输出端。
[0011]缓冲级电路采用P型MOS管为输入级的源跟随器，源跟随器由MOS管M13、MOS管M14和MOS管M15构成，MOS管M16、MOS管M17和MOS管M18仅在负载切换时工作，当负载从如100mA极短时间内(比如100ns)切换为0mA时，一般LDO由于响应时间慢(响应时间级别一般为微秒级)不能及时控制功率管而导致输出电压上升，所以在一些系统应用中在芯片外添加一个电容，在系统未反应时由电容供电，限于成本等诸多考虑，电容一般不会使用太大的，所以
即使使用了电容，在切换时任然会有一些电压抬升；而本方案中，当模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输出电压快速响应的LDO电源，其特征在于，包括误差放大器、缓冲级电路、输出及反馈模块和检测模块，其中：误差放大器，用于比较输入的基准参考电压和输出及反馈模块的反馈信号，产生控制信号并输出到缓冲级电路；缓冲级电路，用于驱动输出及反馈模块，以及当接收到所述检测模块输出的检测信号时，调整输出信号使输出及反馈模块的输出电压停止增加；输出及反馈模块，用于根据缓冲级电路的输出信号驱动自身的功率管开启或关闭，调整输出电压，并输出反馈信号至误差放大器；检测模块，用于在检测到所述输出电压瞬间变化超过预设值后，输出检测信号至缓冲级电路，并在所述输出电压瞬间变化小于预设值后关闭。2.根据权利要求1所述的一种输出电压快速响应的LDO电源，其特征在于，所述误差放大器包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12，所述MOS管M1的栅极连接偏置电压VP1，MOS管M2的栅极连接偏置电压VP2，MOS管M11和MOS管M12的栅极连接偏置电压VN1，MOS管M9和MOS管M10的栅极连接偏置电压VN2，MOS管M1的漏极连接MOS管M2的源极，MOS管M1的源极连接供电电压VCC，MOS管M2的漏极连接MOS管M3和MOS管M4的源极，MOS管M3的栅极作为误差放大器的正输入端，MOS管M4的栅极作为误差放大器的负输入端；MOS管M3的漏极连接MOS管M10的源极和MOS管M12的漏极，MOS管M4的漏极连接MOS管M9的源极和MOS管M11的漏极；MOS管M11和MOS管M12的源极接地，MOS管M9的漏极连接MOS管M7的漏极、MOS管M5的栅极和MOS管M6的栅极，MOS管M7的栅极连接MOS管M8的栅极和偏置电压VP2，MOS管M7的源极连接MOS管M5的漏极，MOS管M8的漏极与MOS管M10的漏极连接并作为误差放大器的输出端；MOS管M8的源极连接MOS管M6的漏极，MOS管M5和MOS管M6的源极连接MOS管M1的源极。3.根据权利要求2所述的一种输出电压快速响应的LDO电源，其特征在于，所述MOS管M10的源极还连接电容C1的第一端，电容C1的第二端连接所述输出及反馈模块的输出电压。4.根据权利要求2或3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚加伟，张军，
申请(专利权)人：重庆市安比科技有限公司，
类型：发明
国别省市：