一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器及其实现方法，该低压差线性稳压器包括：用于给第二MOS管提供稳定的栅极电压的开环LDO电路、第二MOS管、动态衬底偏置电路；其中：第二MOS管的漏极与电源电压电连接，第二MOS管的源极给连接的负载提供负载电流；设置在第二MOS管的源极和衬底之间的动态衬底偏置电路，用于当负载电流或负载阻值发生变化时，根据工作在亚阈值区的第二MOS管的输出电压的变化，反向调整第二MOS管的衬底偏置电压，从而调节第二MOS管的源极端的输出电压。通过本发明专利技术，可大大降低LDO的亚阈值摆幅，以满足在一定输出电压变化范围内可容忍更大的负载电流变化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器及其实现方法


[0001]本专利技术涉及集成电路设计
，尤其涉及一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器及其实现方法。

技术介绍

[0002]低压差线性稳压器简称LDO(Low
‑
dropout Regulator)，广泛应用于电子系统之中，其特性是电路本身噪声低且输出电压纹波小。LDO一般作为电源管理模块的重要电路，可用于稳压输出，向多个电路模块供电。
[0003]亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）是衡量LDO性能的一个重要指标，亚阈值摆幅是指LDO中晶体管的源漏电流I
ds
每升高一个数量级，栅电压V
gs
的变化量。比如LDO中晶体管的源漏电流变化十倍所需要栅电压的变化量，又称为S因子，为了使得在尽量小的输出电压变化范围内获得尽可能大的负载变化范围，需要尽可能追求小的亚阈值摆幅以获得一定输出电压变化范围内可以容忍更大的负载电流变化。
[0004]因此，LDO的亚阈值摆幅一般越小越好，传统的LDO结构的亚阈值摆幅难以满足对性能要求高的电源管理芯片的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种相对于传统LDO结构，大大降低了亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，以满足对性能要求非常高的电源管理芯片的需求。
[0006]具体的，本专利技术的技术方案如下：一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，包括：开环LDO电路、第二MOS管、以及动态衬底偏置电路；其中：所述开环LDO电路，用于给所述第二MOS管提供稳定的栅极电压，使得所述第二MOS管工作于亚阈值区；所述第二MOS管的漏极与电源电压电连接，所述第二MOS管的源极作为低压差线性稳压器的输出端，提供输出电压，并连接的负载提供负载电流；所述第二MOS管的源极和衬底之间电连接所述动态衬底偏置电路；所述动态衬底偏置电路，用于当连接在所述第二MOS管的源极端的所述负载的负载电流或负载阻值发生变化时，根据工作在亚阈值区的所述第二MOS管的源极输出的输出电压的变化，反向调整提供给所述第二MOS管的衬底偏置电压，从而调节所述第二MOS管的源极端的输出电压。
[0007]在一些实施方式中，所述开环LDO电路具体包括：第一运算放大器、第一MOS管以及第一分压电阻和第二分压电阻；其中：所述第一运算放大器的同相输入端接参考电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第一MOS管的栅极电连接，且所述第一运算放大器的输出端还与所述第二MOS管的栅极电连接；
所述第一MOS管的漏极接电源电压，所述第一MOS管的衬底接地，且所述第一MOS管的源极通过第一分压电阻、第二分压电阻后接地；所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接中间点，与所述第一运算放大器的反相输入端电连接。
[0008]在一些实施方式中，所述动态衬底偏置电路具体通过减法器调制电路、开关电容调制电路、三角波调制电路之中的；任意一种方式，基于检测到的所述第二MOS管的源极输出的输出电压变化情况，反向调整所述第二MOS管的衬底偏置电压。
[0009]在一些实施方式中，所述减法器调制电路具体包括：第二运算放大器、第三电阻和第四电阻；其中：所述第二运算放大器的同相输入端接入参考电压；所述第二运算放大器的反相输入端通过第三电阻与所述第二MOS管的源极端电连接，所述第二运算放大器的输出端通过第四电阻接入所述第二运算放大器的反相输入端；且所述第二运算放大器的输出端与所述第二MOS管的衬底电连接，用于给所述第二MOS管提供调整后的衬底偏置电压。
[0010]在一些实施方式中，所述开关电容调制电路具体包括：第一开关、第三开关、第二开关、第四开关、以及第一极性电容单元和第二电容；所述第一开关和第三开关均通过第一时钟信号控制其通断，所述第二开关和第四开关均通过第二时钟信号控制其通断，且所述第一时钟信号和第二时钟信号相反；其中：所述第一开关的第一端与所述第二MOS管的源极端电连接，所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端电连接，所述第二开关的第二端与所述第二MOS管的衬底电连接；所述第一开关和第二开关的连接中间点与所述第一极性电容单元的正极端电连接，所述第一极性电容单元的负极端通过第三开关后接地；所述第三开关与所述第一极性电容单元的连接中间点通过所述第四开关接入参考电压；所述第二电容的第一端接入所述第二MOS管的衬底，所述第二电容的第二端接地。
[0011]在一些实施方式中，所述第一极性电容单元由若干个极性电容串联或并联组成。
[0012]在一些实施方式中，所述三角波调制电路具体包括：比较器、第三MOS管、第三电容、第五分压电阻、以及第六分压电阻；其中：所述比较器的同相输入端与所述第二MOS管的源极电连接，所述比较器的反相输入端接入外部三角波，所述比较器的输出端与所述第三MOS管的栅极电连接，所述第三MOS管的漏极通过第六分压电阻、第五分压电阻后接入参考电压；所述第三MOS管的源极接地；所述第五分压电阻和所述第六分压电阻的连接中间点与所述第三电容第一端电连接，所述第三电容的第二端接地，且所述第三电容的第一端还与所述第二MOS管的衬底电连接。
[0013]在一些实施方式中，所述第一MOS管和第二MOS管均为NMOS管。
[0014]在一些实施方式中，所述第一MOS管和第二MOS管的宽长比之比1：K。
[0015]本申请还公开了一种低压差线性稳压器降低亚阈值摆幅的实现方法，应用于上述任一项所述的降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，所述方法包括：通过开环LDO电路给第二MOS管提供稳定的栅极电压，使得所述第二MOS管工作于亚阈值区；通过动态衬底偏置电路，根据工作在亚阈值区的所述第二MOS管的源极的输出电压，动态调整所述第二MOS管的衬底偏置电压，使得所述第二MOS管的衬底偏置电压随着所述第二MOS管的源极的输出电压反向变化。
[0016]与现有技术相比，本专利技术通过动态衬底偏置电路，根据低压差线性稳压器的输出电压，反向调整第二MOS管的衬底偏置电压，从而使得第二MOS管的阈值电压随着输出电压同向变化，进而进一步调节输出电压，使得在相同的负载电流变化或相同的负载阻值变化范围内，对应的输出电压变化范围更小，或者在相同的输出电压变化范围内可容忍更大的负载电流变化。如此，减小了该低压差线性稳压器的亚阈值摆幅，使得在一定输出电压变化范围内可容忍更大的负载电流变化。
附图说明
[0017]下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本专利技术的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0018]图1是本申请的低压差线性稳压器的一个实施例的电路连接示意图；图2是本申请的低压差线性稳压器的另一实施例的电路图；图3是本申请中减法器调制电路的具体电路连接图；图4是本申请中开关电容调制电路的具体电路连接图；图5是本申请中三角波调制电路的具体电路连接图；图6是本申请中的三角波调制电路的控制逻辑示意图。
具体实施方式
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，其特征在于，包括：开环LDO电路、第二MOS管、以及动态衬底偏置电路；其中：所述开环LDO电路，用于给所述第二MOS管提供稳定的栅极电压，使得所述第二MOS管工作于亚阈值区；所述第二MOS管的漏极与电源电压电连接，所述第二MOS管的源极作为低压差线性稳压器的输出端，提供输出电压，并给连接的负载提供负载电流；所述第二MOS管的源极和衬底之间电连接所述动态衬底偏置电路；所述动态衬底偏置电路，用于当连接在所述第二MOS管的源极端的所述负载的负载电流或负载阻值发生变化时，根据工作在亚阈值区的所述第二MOS管的源极输出的输出电压的变化，反向调整提供给所述第二MOS管的衬底偏置电压，从而调节所述第二MOS管的源极端的输出电压。2.根据权利要求1所述的降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，其特征在于，所述开环LDO电路具体包括：第一运算放大器、第一MOS管以及第一分压电阻和第二分压电阻；其中：所述第一运算放大器的同相输入端接参考电压，所述第一运算放大器的输出端与所述第一MOS管的栅极电连接，且所述第一运算放大器的输出端还与所述第二MOS管的栅极电连接；所述第一MOS管的漏极接电源电压，所述第一MOS管的衬底接地，且所述第一MOS管的源极通过第一分压电阻、第二分压电阻后接地；所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接中间点，与所述第一运算放大器的反相输入端电连接。3.根据权利要求1或2所述的降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，其特征在于，所述动态衬底偏置电路具体通过减法器调制电路、开关电容调制电路、三角波调制电路之中的任意一种方式，基于检测到的所述第二MOS管的源极输出的输出电压变化情况，反向调整所述第二MOS管的衬底偏置电压。4.根据权利要求3所述的降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，其特征在于，所述减法器调制电路具体包括：第二运算放大器、第三电阻和第四电阻；其中：所述第二运算放大器的同相输入端接入参考电压；所述第二运算放大器的反相输入端通过第三电阻与所述第二MOS管的源极端电连接，所述第二运算放大器的输出端通过第四电阻接入所述第二运算放大器的反相输入端；且所述第二运算放大器的输出端与所述第二MOS管的衬底电连接，用于给所述第二MOS管提供调整后的衬底偏置电压。5.根据权利要求3所述的降低亚阈值摆幅的低压差线性稳压器，其特征在于，所述开关电容调制电路具体包括：第一开关、第三开关、第二开关、第四开关、以及第一极性电容单元和第二电容；所述第一开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海灵动微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：