低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容ldo電路的制作方法
【專利摘要】一種低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，所述無(wú)輸出電容LDO電路包括一基準(zhǔn)電壓模塊、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊相連的電壓緩沖器、一環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、一LDO輸出級(jí)調(diào)整管、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊、所述電壓緩沖器、所述環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及所述LDO輸出調(diào)整管相連的高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)，所述基準(zhǔn)電壓模塊和電壓緩沖器為所述無(wú)輸出電容LDO電路提供輸出電壓的緩沖級(jí)電壓，所述高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)為所述無(wú)輸出電容LDO電路實(shí)現(xiàn)無(wú)輸出電容、低靜態(tài)功耗及快速瞬態(tài)響應(yīng)特性。本發(fā)明提高了無(wú)輸出電容LDO的瞬態(tài)響應(yīng)特性。
【專利說(shuō)明】低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator, LD0)的設(shè)計(jì),具體涉及一種基于CMOS工藝的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)特性的無(wú)輸出電容LDO電路。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]集成穩(wěn)壓器正向著高功率密度、高可靠性、高效率三個(gè)方向邁進(jìn)，低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)作為其中的一員，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到便攜式電子產(chǎn)品中，并向著片上系統(tǒng)(System on Chip，S0C)集成的方向發(fā)展。但是，傳統(tǒng)的LDO需要掛載大的輸出電容來(lái)滿足其環(huán)路穩(wěn)定性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)要求，而這種大電容是不能通過(guò)片上集成的。為了達(dá)到片上集成、減少芯片外部器件進(jìn)而節(jié)省成本的目的，無(wú)需掛載輸出電容型LDO應(yīng)運(yùn)而生。但是，與傳統(tǒng)的LDO相比，無(wú)輸出電容型LDO在瞬態(tài)特性上存在著較大缺陷，其瞬態(tài)特性是其設(shè)計(jì)中的最大挑戰(zhàn)。
[0005]現(xiàn)階段用于增強(qiáng)LDO瞬態(tài)特性的技術(shù)主要包括:零點(diǎn)補(bǔ)償技術(shù)、調(diào)整管柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)、負(fù)載電流瀉放技術(shù)、負(fù)載電流復(fù)制技術(shù)。這些技術(shù)直接或者間接的提高了壓擺率和環(huán)路帶寬，并增強(qiáng)了 LDO的瞬態(tài)響應(yīng)速度。其中，零點(diǎn)補(bǔ)償技術(shù)和復(fù)雜電流泄放技術(shù)還是不能滿足負(fù)載的快速響應(yīng)需求；負(fù)載電流復(fù)制技術(shù)已經(jīng)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)了快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LD0，但是需要較高的直流功耗；而在超快速負(fù)載切換的應(yīng)用下，傳統(tǒng)的調(diào)整管柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)很難為無(wú)輸出電容LDO帶來(lái)優(yōu)秀的瞬態(tài)特性。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種基于CMOS工藝的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路。
[0008]一種低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，所述無(wú)輸出電容LDO電路包括一基準(zhǔn)電壓模塊、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊相連的電壓緩沖器、一環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、一 LDO輸出級(jí)調(diào)整管、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊、所述電壓緩沖器、所述環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及所述LDO輸出調(diào)整管相連的高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)，所述基準(zhǔn)電壓模塊和電壓緩沖器為所述無(wú)輸出電容LDO電路提供輸出電壓的緩沖級(jí)電壓，所述高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)為所述無(wú)輸出電容LDO電路實(shí)現(xiàn)無(wú)輸出電容、低靜態(tài)功耗及快速瞬態(tài)響應(yīng)特性。
[0009]相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用電流拉拽式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低靜態(tài)功耗情形下LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)的高擺率，瞬態(tài)變換時(shí)該LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)可以迅速為L(zhǎng)DO輸出級(jí)調(diào)整管提供大的充電電流或放電電流，進(jìn)而顯著地提高無(wú)輸出電容LDO的瞬態(tài)響應(yīng)特性。同時(shí)，低輸入阻抗的LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)和環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)使無(wú)輸出電容LDO得到有效的環(huán)路補(bǔ)償，從而使其在全負(fù)載范圍內(nèi)都具備良好的環(huán)路穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路中LDO輸出級(jí)調(diào)整管為P型場(chǎng)效應(yīng)管的主要電路框圖。
[0011]圖2為本發(fā)明低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路中LDO輸出級(jí)調(diào)整管為N型場(chǎng)效應(yīng)管的主要電路框圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1中:1.基準(zhǔn)電壓模塊；2.電壓緩沖器；3.電壓放大器；4.高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)；5.環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；6.LDO輸出級(jí)P型調(diào)整管。
[0014]圖2中:1.基準(zhǔn)電壓模塊；2.電壓緩沖器；3.電壓放大器；4.高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)；5.環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；6.LDO輸出級(jí)N型調(diào)整管。
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0016]見(jiàn)圖1，本發(fā)明采用的電路結(jié)構(gòu)之一是，包括基準(zhǔn)電壓模塊(I)、電壓緩沖器(2)、高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4 )、環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(5 )和LDO輸出級(jí)P型調(diào)整管(6 )。其中，電壓緩沖器(2)包括電壓放大器(3)、P型場(chǎng)效應(yīng)管MPO、電阻Rl及R2 ;高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4)由N型場(chǎng)效應(yīng)管MN0A、MN0B、MN1A、MN1B、MN2A和MN2B，P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A和MP3B構(gòu)成；MPP管即為L(zhǎng)DO輸出級(jí)P型調(diào)整管(6)。
[0017]見(jiàn)圖2，本發(fā)明采用的電路結(jié)構(gòu)之二是，包括基準(zhǔn)電壓模塊(I)、電壓緩沖器(2)、高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4 )、環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(5 )和LDO輸出級(jí)N型調(diào)整管(6 )。其中，電壓緩沖器(2)包括緩沖放大器(3)、P型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΡ0、電阻Rl及R2 ;高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4)由N型場(chǎng)效應(yīng)管MN0A、MN0B、MN1A、MN1B、MN2A和MN2B，P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A和MP3B構(gòu)成；MPN管即為L(zhǎng)DO輸出級(jí)N型調(diào)整管(6)。
[0018]圖1和圖2中，基準(zhǔn)電壓模塊(I)為電壓緩沖器(2 )提供基準(zhǔn)電壓，同時(shí)為L(zhǎng)DO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4)提供偏置電壓。電壓緩沖器(2)包括緩沖放大器(3)、P型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΡ0、電阻Rl及R2，其中P型場(chǎng)效應(yīng)管MPO、電阻Rl及R2構(gòu)成電壓緩沖器的輸出級(jí)。電壓緩沖器(2)將反饋點(diǎn)鉗位至基準(zhǔn)電壓，從而生成與基準(zhǔn)電壓成比例關(guān)系的電壓，該電壓與LDO輸出電壓等值，滿足以下關(guān)系:。
[0019]圖1和圖2中，高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)(4)由N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA、MNOB,MNlA、MNlB、MN2A 和 MN2B，P 型場(chǎng)效應(yīng)管 MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A 和 MP3B 構(gòu)成。LDO 驅(qū)動(dòng)級(jí)實(shí)質(zhì)為拉拽式輸出的電流放大器，其中P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1A、MP1B、MP2A和MP2B構(gòu)成輸入級(jí)，N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA和MNOB為該電流放大器提供偏置電流，N型場(chǎng)效應(yīng)管MN1A、MN1B、麗2A、麗2B和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A、MP3B構(gòu)成拉拽式輸出級(jí)。
[0020]圖1中，當(dāng)VOUT有升高趨勢(shì)時(shí)，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A的電流增大，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B的電流增大，流過(guò)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A的電流增大；另一方面，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA和N型場(chǎng)效應(yīng)管MNlA的電流減小，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB的電流減小。P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB的同時(shí)作用下，有較大的電流迅速對(duì)LDO輸出級(jí)P型調(diào)整管MPP的柵極進(jìn)行充電，使VOUT電壓降低。當(dāng)VOUT有降低趨勢(shì)時(shí)，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A的電流減小，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B的電流減小，流過(guò)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A的電流減?。涣硪环矫?，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA和N型場(chǎng)效應(yīng)管MNlA的電流增大，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB的電流增大。P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB的同時(shí)作用下，有較大的電流迅速對(duì)LDO輸出級(jí)P型調(diào)整管MPP的柵極進(jìn)行放電，使VOUT電壓升高。
[0021]圖2中，當(dāng)VOUT有升高趨勢(shì)時(shí)，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A的電流增大，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2A和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B的電流增大；另一方面，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA和N型場(chǎng)效應(yīng)管MNlA的電流減小，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管MNlB和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B的電流減小。P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A和N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B的同時(shí)作用下，有較大的電流迅速對(duì)LDO輸出級(jí)N型調(diào)整管MPN的柵極進(jìn)行放電，使VOUT電壓降低。當(dāng)VOUT有降低趨勢(shì)時(shí)，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B和N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2A的電流減小，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B的電流減??；另一方面，流經(jīng)P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA和N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IA的電流增大，從而流過(guò)N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB和P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B的電流增大。P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A和N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B的同時(shí)作用下，有較大的電流迅速對(duì)LDO輸出級(jí)N型調(diào)整管MPN的柵極進(jìn)行充電，使VOUT電壓升高。
[0022]上述兩種情形下，均能在輸出電壓變化時(shí)產(chǎn)生大的瞬態(tài)電流，對(duì)調(diào)整管柵極電容進(jìn)行快速充電或放電，從而使LDO輸出級(jí)具有快速的穩(wěn)壓能力，也可稱之為快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力。
[0023]圖1和圖2中，高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸入阻抗為，它使無(wú)輸出電容LDO的開(kāi)環(huán)輸出阻抗由變化至(其中表示LDO輸出級(jí)調(diào)整管的導(dǎo)通電阻)，使LDO開(kāi)環(huán)輸出阻抗在支持的所有負(fù)載電流范圍內(nèi)都為低阻值，進(jìn)而將輸出極點(diǎn)推向高頻，使無(wú)輸出電容LDO得到更有效的環(huán)路補(bǔ)償。
【權(quán)利要求】
1.一種低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述無(wú)輸出電容LDO電路包括一基準(zhǔn)電壓模塊、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊相連的電壓緩沖器、一環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、一 LDO輸出級(jí)調(diào)整管、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊、所述電壓緩沖器、所述環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及所述LDO輸出調(diào)整管相連的高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)，所述基準(zhǔn)電壓模塊與所述電壓緩沖器為所述無(wú)輸出電容LDO電路提供一輸出電壓的緩沖級(jí)電壓，所述高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)為所述無(wú)輸出電容LDO電路實(shí)現(xiàn)低功耗和無(wú)輸出電容情形下的快速瞬態(tài)響應(yīng)特性。
2.如權(quán)利要求1所述的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述電壓緩沖器包括一電壓放大器、一與所述電壓放大器相連的第一 P型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΡ0、一與所述第一 P型場(chǎng)效應(yīng)管MPO相連的電阻R2、一與所述電壓放大器及所述電阻R2相連的電阻R1、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPO及所述電阻R2相連的電容Cl。
3.如權(quán)利要求1所述的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述LDO輸出調(diào)整管為P型場(chǎng)效應(yīng)管MPP，所述高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)為L(zhǎng)DO驅(qū)動(dòng)級(jí)A0
4.如權(quán)利要求1所述的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述LDO輸出調(diào)整管為N型場(chǎng)效應(yīng)管MPN，所述高擺率電流拉拽式LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)為L(zhǎng)DO驅(qū)動(dòng)級(jí)B0
5.如權(quán)利要求3所述的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)A包括一與所述基準(zhǔn)電壓模塊相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΝ0Α、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊及N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΝ0Β、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA及所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPP相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOB及所述電壓緩沖器相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlB及所述電壓緩沖器相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2A及所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPP相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管MN1A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管麗1B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2A相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B及所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPP及所述N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IB相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A。
6.如權(quán)利要求4所述的低靜態(tài)功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的無(wú)輸出電容LDO電路，其特征在于:所述LDO驅(qū)動(dòng)級(jí)B包括一與所述基準(zhǔn)電壓模塊相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΝ0Α、一與所述基準(zhǔn)電壓模塊及N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管ΜΝ0Β、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOA及所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MPN相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MNOB及所述電壓緩沖器相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlB及所述電壓緩沖器相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP1A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2A及所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MPN相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MPlA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管MN1A、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP2B相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2A、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管麗IA相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管麗1B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2A相連的N型場(chǎng)效應(yīng)管MN2B、一與所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MNlB相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B、一與所述P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3B及所述N型場(chǎng)效應(yīng)管MPN及所述N型場(chǎng)效應(yīng)管麗2B相連的P型場(chǎng)效應(yīng)管MP3A。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK103592989SQ201210292236
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月16日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:成都銳成芯微科技有限責(zé)任公司