具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器制造技术

本发明专利技术提出具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器包括主反馈环路

【技术实现步骤摘要】
具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器


[0001]本专利技术涉及低压差线性稳压器，尤其涉及具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器
。

技术介绍

[0002]低压差线性稳压器作为片上系统
SOC
的供电模块，直接用于将开关电源等前级供电具有很大纹波的输出转换为稳定的电压给片上系统供电
。
随着单片集成度的提高以及低压电路的发展，片上系统需要各种不同的供电电源
。
而传统的低压差线性稳压器需要在外部接一个
uF
级的电容，对于片上系统的多种供电电压如果采用传统的低压差线性稳压器，则每个稳压器都需要外接一个片外电容，这将极大增加了芯片接口数量，因此采用无片外电容的低压差线性稳压器作为片上系统各个模块的供电电源是更加合适的方案
。
然而由于失去了输出端的大的片外电容，在负载切换时将会引起严重的过冲和欠冲，特别对于低压电路，供电电源的过冲和欠冲相对所需的稳定电压的比值较大，可能导致整个系统错误
。
如今随着单片集成度的提高及数模混合技术的发张，数字部分作为芯片的控制部分，几乎成为绝大多数芯片不可缺少的一部分
。
为减小数字部分的功耗，数字电路供电电压越来越低，同时整个数字模块工作时又处在不断的电平翻转之中，使得低压差线性稳压器的负载电流不断地跳变，这对于应用于片上系统的线性稳压器的瞬态响应提出了极大的挑战
。
[0003]低压差线性稳压器的瞬态响应提高通常包括两个方面，一是减小过冲和欠冲，二是减小恢复时间
。
从方法上来说，提升低压差线性稳压器的瞬态响应通常是提高带宽和增大摆率
。
本专利技术针对应用于片上系统供电的无片外电容的低压差线性稳压器，提出了既增加了环路带宽，又提高了摆率的多环路低压差线性稳压器以满足片上系统供电的瞬态要求
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为克服现有技术的局限以及不足，本专利技术提出具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器
。
该线性稳压器即可抑制负载切换时的过冲和欠冲，也可减小负载切换时的恢复时间，以实现片上系统供电的无片外电容的低压差线性稳压器的瞬态响应需求，提高集成度并减少芯片引脚数量
。
[0005]技术方案：
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案在低压差线性稳压器中进行具体应用：
[0007]应用于片上系统供电的具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器，主要部分有由高增益高摆率的运放构成的主反馈环路，由带通滤波器构成的快速反馈环路和增强摆率的辅助快速反馈环路，调整管采用
P
三极管
MOS
晶体管
。
[0008]主反馈环路：本专利技术中主反馈回路由误差放大器和缓冲器构成，误差放大器为高增益高摆率的
AB
类放大器，缓冲器为高摆幅高摆率的
AB
类放大器
。
两级运放都为高摆率的
运算放大器，负载发生变化时，两级放大器均能为下一级的负载电容提供较大的电流，迅速改变稳压器工作电压，提升瞬态响应特性
。
同时主反馈环路也为低压差线性稳压器提供稳定的
DC
偏置，提供低频下的环路增益，保证稳态时能够输出稳定的电压
。
[0009]快速反馈环路：本专利技术中采用由带通滤波器构成的快速反馈环路，带通滤波器直接连接了输出端和调整管栅极，扩展了低压差线性稳压器整体的环路带宽，提供了一条由输出至调整管栅极的快速反馈路线，提高了整体的瞬态响应特性
。
本专利技术中的带通滤波器采用了一阶有源滤波器，与主反馈环路形成两条并行的通路，实现了拓展环路整体带宽
。
[0010]辅助快速反馈环路：辅助快速反馈环路是由电压尖峰检测及消除电路组成，在负载电流发生变化引起输出电压变化时，通过检测输出电压的尖峰并提高调整管栅端的摆率，提高线性稳压器的瞬态响应，减小负载变化时的过冲和欠冲
。
由于电容两端电压不能突变，所以电容可以用做电压检测器件
。
当负载电流变化引起输出电压变化时，通过电容改变晶体管栅极电压，再通过电流镜增大对调整管栅极充电的电流大小，达到快速增强摆率以提高瞬态响应特性
。
[0011]具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器，包括主反馈环路
、
快速反馈环路和辅助快速反馈环路；
[0012]所述主反馈环路包括误差放大器和缓冲器；
[0013]所述快速反馈环路包括带通滤波器；
[0014]所述辅助快速反馈环路包括电压尖峰检测和消除电路；
[0015]还包括调整管，所述调整管采用
PMOS
晶体管；
[0016]具体的：
[0017]基准参考电压
VREF
接误差放大器的反相端，主反馈电压
VFB
接误差放大器的同相端构成主反馈环路；
[0018]误差放大器的输出端接缓冲器，缓冲器的输出接调整管的栅极，调整管的栅极接带通滤波器反馈输出接口构成快速反馈环路；
[0019]调整管的栅极接电压峰值检测和消除电路的输出接口构成辅助快速反馈回路；
[0020]供电电源
V1N
接误差放大器的电源接口和调整管的源极，调整管的漏极接漏极电阻
RF1、
带通滤波器
、
电压峰值检测和消除电路的输入接口
、
负载电容
CL
和电阻
RL。
[0021]优选的，所述误差放大器包括三极管
MP5
，供电电源
V1N
接三极管
MP5、
三极管
MP10、
三极管
MP11、
三极管
MP12、
三极管
MP13
的源极，直流偏置电压
Vp1
接三极管
MP5
的栅极，直流偏置电压
Vp2
接三极管
MP6、
三极管
MP7、
三极管
MP8、
三极管
MP9
的栅极，直流偏置电压
VN
接三极管
MN1、
三极管
MN2、
三极管
MN3、
三极管
MN4
的栅极，直流偏置电压
VN1
接三极管
MN5、
三极管
MN6、
三极管
MN7、
三极管
MN8
的栅极，三极管
MP5
的漏极接三极管
MP1、
三极管
MP2、
三极管
MP3、
三极管
MP4
的源极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器，其特征在于，包括主反馈环路
、
快速反馈环路和辅助快速反馈环路；所述主反馈环路包括误差放大器和缓冲器；所述快速反馈环路包括带通滤波器；所述辅助快速反馈环路包括电压尖峰检测和消除电路；还包括调整管，所述调整管采用
PMOS
晶体管；具体的：基准参考电压
VREF
接误差放大器的反相端，主反馈电压
VFB
接误差放大器的同相端构成主反馈环路；误差放大器的输出端接缓冲器，缓冲器的输出接调整管的栅极，调整管的栅极接带通滤波器反馈输出接口构成快速反馈环路；调整管的栅极接电压峰值检测和消除电路的输出接口构成辅助快速反馈回路；供电电源
V1N
接误差放大器的电源接口和调整管的源极，调整管的漏极接漏极电阻
RF1、
带通滤波器
、
电压峰值检测和消除电路的输入接口
、
负载电容
CL
和电阻
RL。2.
如权利要求1所述的具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器包括三极管
MP5
，供电电源
V1N
接三极管
MP5、
三极管
MP10、
三极管
MP11、
三极管
MP12、
三极管
MP13
的源极，直流偏置电压
Vp1
接三极管
MP5
的栅极，直流偏置电压
Vp2
接三极管
MP6、
三极管
MP7、
三极管
MP8、
三极管
MP9
的栅极，直流偏置电压
VN
接三极管
MN1、
三极管
MN2、
三极管
MN3、
三极管
MN4
的栅极，直流偏置电压
VN1
接三极管
MN5、
三极管
MN6、
三极管
MN7、
三极管
MN8
的栅极，三极管
MP5
的漏极接三极管
MP1、
三极管
MP2、
三极管
MP3、
三极管
MP4
的源极，
VFB
接三极管
MP1、
三极管
MP2
的栅极，基准参考电压接三极管
MP3、
三极管
MP4
的栅极，三极管
MP1
的漏极接三极管
MN2
的源极和三极管
MN6
的漏极，三极管
MP2
的漏极接三极管
MN1
的源极和三极管
MN5
的漏极，三极管
MP3
的漏极接三极管
MN4
的源极和三极管
MN8
的漏极，三极管
MP4
的漏极接三极管
MN3
的源极和三极管
MN7
的漏极，三极管
MP6
的源极接三极管
MP10
的漏极，三极管
MP6
的漏极接三极管
MN1
的漏极，三极管
MP7
的源极接三极管
MP11
的漏极，三极管
MP7
的漏极接三极管
MN3
的漏极和三极管
MP10、
三极管
MP11
的栅极，三极管
MP8
的源极接三极管
MP11
的漏极，三极管
MP8
的漏极三极管
MN2
的漏极和三极管
MP12、
三极管
MP13
的栅极，三极管
MP9
的源极接三极管
MP13
的漏极，三极管
MP9
的漏极接三极管
MN4
的漏极和三极管
MN9、
三极管
MN10
的栅极
,
同时三极管
MP9
的漏极接电容
C
三极管
M,
三极管
MN5、
三极管
MN6、
三极管
MN7、
三极管
MN8
的源极均接地
。3.
如权利要求1所述的具有快速瞬态响应无片外电容的多环路低压差线性稳压器，其特征在于，所述缓冲器包括三极管
MP14
，直流偏置电压
Vp1
接三极管
MP14、
三极管
MP15
的栅极，供电电源
V1N
接三极管
MP14、
三极管
MP15、
三极管
MP18、
三极管
MP19、
三极管
MP20
的源极，供电电源
V1N
与三极管
MN12
的漏极相连提供偏置电流，三极管
MP14
的漏极接三极管
MN9
的漏极和三极管
MP19、
三极管
MP20
的栅极，三极管
MP15
的漏极接三极管
MN10
的漏极和三极管
MN14、
三极管
MN15
的栅极，三极管
MP16
的栅极接三极管

【专利技术属性】
技术研发人员：方中元，范王琛，陈明刚，徐申，钱钦松，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：