專利名稱：一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
穩(wěn)壓器用于提供不隨負(fù)載阻抗、輸入電壓、溫度和時間變化而變化的穩(wěn)定的電源電壓，低壓差(LD0,Low Drop Out)線性穩(wěn)壓器(Linear Voltage Regulators)因其能夠在電源電壓(輸入端)與負(fù)載電壓(輸出端)之間保持微小壓差而著稱，壓差指的是穩(wěn)壓器保持電壓穩(wěn)定所需的輸入電壓和輸出電壓之間的最小差值，壓差應(yīng)盡可能小，以使功耗最小，效率最高。便攜式應(yīng)用的日益增加使得設(shè)計(jì)工程師考慮使用LDO來保持所需的系統(tǒng)電壓，其與電池充電狀態(tài)無關(guān)。例如，如果鋰電池電壓從4.2V (全充電)下降到2.7V (幾乎全放電)，而LDO可在負(fù)載端保持2.5V的恒定電壓。常用的低壓差線性穩(wěn)壓器包括誤差放大電路、功率管和反饋電阻，其輸出Vout接到負(fù)載阻抗Rload。為了實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定，還包括補(bǔ)償電容Cout，電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1和圖2中及以下公式中所使用的符號定義如下:VinLDO的電源電壓Vref輸入?yún)⒖茧妷篤outLDO的輸出電壓Roa誤差放大電路的輸出阻抗Coa誤差放大電路的輸出端寄生電容Cpar功率管輸入端的總寄生電容
Cgd_pass 功率管的柵-漏電容Cgs_pass 功率管的柵-源電容Rppass 功率管的輸出阻抗gm_pass 功率管的跨導(dǎo)Cout片外補(bǔ)償電容Resr片外補(bǔ)償電容的等效串聯(lián)電阻RkjadLDO的負(fù)載阻抗UGF單位增益帶寬對圖1所示電路的傳輸函數(shù)進(jìn)行分析后得到零極點(diǎn)的分布公式如下:P1 = l/C0Ut (Rx+Resr) ^ l/C0UtRx,p2 = I/CparRoa = I / (gm-passRxCgd-pass+Coa+C
gs-pass )Roa，Zi I/C0UtResr。 其中，Rx =
^o-pass I (Rl+^) I I Rload。圖2為零極點(diǎn)的相對位置關(guān)系 圖。主極點(diǎn)pi位于LDO輸出端，次極點(diǎn)p2位于功率管輸入端，補(bǔ)償零點(diǎn)zl由片外補(bǔ)償電容Cout的等效串聯(lián)電阻Resr產(chǎn)生。高頻級點(diǎn)p3由電路內(nèi)部的其他寄生效應(yīng)引起。
在重負(fù)載(即，負(fù)載電阻Rload較小，負(fù)載電流較大)的情況下,Rx較小,功率管處于線性區(qū)，跨導(dǎo)gm_pass降低，所以次極點(diǎn)P2較高。在輕負(fù)載(即，負(fù)載電阻較大，負(fù)載電流較小)的情況下，Rx較大，功率管處于飽和區(qū)，跨導(dǎo)gm_pass較大，所以次極點(diǎn)P2降低。而補(bǔ)償零點(diǎn)zl則與負(fù)載無關(guān)?？梢?，P2的位置隨著負(fù)載輕重的變化而變化，但是補(bǔ)償零點(diǎn)Zl的位置不變。因?yàn)長DO的相位裕度與p2和zl的相對位置密切相關(guān)，所以其穩(wěn)定性與負(fù)載大小密切相關(guān)。一般來說，LDO的相位裕度會在重負(fù)載的條件下優(yōu)化，由此常常導(dǎo)致LDO在輕載或者空載時不穩(wěn)定，這是現(xiàn)有的LDO電路結(jié)構(gòu)的一個缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器，其能夠?qū)崿F(xiàn)相位裕度基本與負(fù)載輕重狀態(tài)無關(guān)，從而增強(qiáng)了穩(wěn)定性。為此，本發(fā)明提出了一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器，其包括誤差放大電路和頻率補(bǔ)償電路，其中，頻率補(bǔ)償電路構(gòu)造為檢測誤差放大電路的輸出負(fù)載，并根據(jù)誤差放大電路的輸出負(fù)載的變化來改變誤差放大電路的輸出阻抗，使得所述輸出阻抗隨著所述輸出負(fù)載向相反方向變化。作為優(yōu)選，所述誤差放大電路包括:連接成差分對的晶體管匪2和匪3，其柵極分別接收輸入電壓；晶體管PM7，其與晶體管匪2串聯(lián)；共柵極連接的晶體管PM8和PM9，其中晶體管PM8與晶體管匪3串聯(lián)；共柵極連接的晶體管NM7和NM8，其中晶體管NM7與偏置電流串聯(lián)，晶體管NM7和NM8的源極接地；晶體管匪5，其與晶體管PM9串聯(lián)，且晶體管匪5與晶體管PM9互相連接的漏極電壓為所述誤差放大電路的輸出電壓。作為優(yōu)選，所述頻率補(bǔ)償電路包括:共柵極連接的晶體管PM4和PM5，其漏極分別連接到晶體管PM8和PM7的漏極，其柵極連接到晶體管NM8的漏極；共柵極連接的晶體管PM2和PM1，其漏極連接到晶體管NM8的漏極；晶體管PM3，其與晶體管NM8串聯(lián)；晶體管匪1，其與晶體管PMl串聯(lián)，且其柵極連接到晶體管匪5的漏極；電阻Rl，其與晶體管匪I串聯(lián)。作為優(yōu)選，所述誤差放大電路還包括:晶體管NM6，其漏極連接到晶體管匪2和匪3的互相連接的源極，其源極接地，其柵極連接到晶體管NM7的漏極。作為優(yōu)選，所述誤差放大電路還包括:晶體管PM6，其與晶體管PM7共柵極連接。作為優(yōu)選，所述誤差放大電路還包括:晶體管NM4，其與晶體管匪5共柵極連接，并與晶體管PM6串聯(lián)。本發(fā)明的具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器改進(jìn)了現(xiàn)有低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性，減小了外部補(bǔ)償電容，從而降低了系統(tǒng)的成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1所示電路的零極點(diǎn)的相對位置關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明的帶頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)觀察次極點(diǎn)p2的表達(dá)式，p2= l/(gm_passRxCgd_pass+CM+Cgs_pass)RM，發(fā)現(xiàn)其由電容項(xiàng)(gm-PassRxCgd-pass+Coa+Cgs_pass)和電阻項(xiàng)Rm的乘積組成。電容項(xiàng)隨著負(fù)載而變化，電阻項(xiàng)Rm是
誤差放大電路的輸出阻抗，其值與MOS管的本征輸出阻抗r。成正比。因?yàn)榧磖。與
yuD ,
MOS管電流成反比。本發(fā)明的實(shí)施例中利用這個特性來控制r。，進(jìn)而控制Rm隨著負(fù)載向相反方向變化，從而抵消二者的影響，令次極點(diǎn)P2保持不變。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3為本發(fā)明的帶頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，本發(fā)明的帶頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器包括誤差放大電路I和頻率補(bǔ)償電路2，頻率補(bǔ)償電路2構(gòu)造為能夠監(jiān)測誤差放大電路I輸出負(fù)載的變化，并通過監(jiān)測到的負(fù)載值改變電路的頻率特性，從而提高電路在不同應(yīng)用條件下的穩(wěn)定性。在本實(shí)施例中，誤差放大電路I 由 NM7，NM8，NM6，NM2，NM3，NM4，NM5，PM6，PM7，PM8，PM9組成。頻率補(bǔ)償電路2由PM3，PM2, PMl，PM4, PM5, NMl，Rl組成。當(dāng)負(fù)載較輕時，誤差放大電路I的輸出電壓Vout較高，所以流過頻率補(bǔ)償電路2的支路Rl-NMl-PMl的電流較大。由于PM2鏡像于PM1，所以PM2的電流也較大。又因?yàn)镹M8的電流是定值(其僅由Ib決定)，所以PM3的電流較小，這導(dǎo)致了 PM4和PM5的電流也較小，從而PM7和PM8的電流較大，最終PM9和匪5的電流較大，使得誤差放大電路I的輸出阻抗較小。

當(dāng)負(fù)載較重時，誤差放大電路I的輸出電壓Vout較低，所以流過頻率補(bǔ)償電路2的支路Rl-NMl-PMl的電流較小。由于PM2鏡像于PM1，所以PM2的電流也較小。又因?yàn)镹M8的電流是定值(僅由Ib決定)，所以PM3的電流較大，這導(dǎo)致了 PM4和PM5的電流也較大，從而PM7和PM8的電流較小，最終PM9和匪5的電流較小，使得誤差放大電路I的輸出阻抗較大?？梢?，本發(fā)明實(shí)施例中的誤差放大電路I的輸出阻抗隨負(fù)載的變化趨勢與電容項(xiàng)相反，從而次極點(diǎn)P2相對穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器，其特征在于，包括誤差放大電路和頻率補(bǔ)償電路，其中， 頻率補(bǔ)償電路構(gòu)造為檢測誤差放大電路的輸出負(fù)載，并根據(jù)誤差放大電路的輸出負(fù)載的變化來改變誤差放大電路的輸出阻抗，使得所述輸出阻抗隨著所述輸出負(fù)載向相反方向變化。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大電路包括: 連接成差分對的晶體管匪2和匪3，其柵極分別接收輸入電壓； 晶體管PM7，其與晶體管匪2串聯(lián)； 共柵極連接的晶體管PM8和PM9，其中晶體管PM8與晶體管匪3串聯(lián)； 共柵極連接的晶體管匪7和NM8，其中晶體管匪7與偏置電流串聯(lián)，晶體管匪7和NM8的源極接地； 晶體管匪5，其與晶體管PM9串聯(lián)，且晶體管匪5與晶體管PM9互相連接的漏極電壓為所述誤差放大電路的輸出電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述頻率補(bǔ)償電路包括: 共柵極連接的晶體管PM4和PM5，其漏極分別連接到晶體管PM8和PM7的漏極，其柵極連接到晶體管NM8的漏極； 共柵極連接的晶體管PM2和PM1，其漏極連接到晶體管NM8的漏極； 晶體管PM3，其與晶體管NM8串聯(lián)； 晶體管匪1，其與晶體管PMl串聯(lián)，且其柵極連接到晶體管匪5的漏極； 電阻R1，其與晶體管匪I串聯(lián)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大電路還包括:晶體管NM6，其漏極連接到晶體管匪2和匪3的互相連接的源極，其源極接地，其柵極連接到晶體管NM7的漏極。
5.如權(quán)利要求2或3所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大電路還包括:晶體管PM6，其與晶體管PM7共柵極連接。
6.如權(quán)利要求5所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，所述誤差放大電路還包括:晶體管NM4，其與晶體管匪5共柵極連接，并與晶體管PM6串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器，其包括誤差放大電路和頻率補(bǔ)償電路，其中，頻率補(bǔ)償電路構(gòu)造為檢測誤差放大電路的輸出負(fù)載，并根據(jù)誤差放大電路的輸出負(fù)載的變化來改變誤差放大電路的輸出阻抗，使得所述輸出阻抗隨著所述輸出負(fù)載向相反方向變化。本發(fā)明的具有頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器能夠?qū)崿F(xiàn)相位裕度基本與負(fù)載輕重狀態(tài)無關(guān)，從而增強(qiáng)了低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。
文檔編號G05F1/56GK103176493SQ20111043140
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者覃正才 申請人:上海貝嶺股份有限公司