低壓差線性穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低壓差線性穩(wěn)壓器,除包括誤差放大器、調(diào)整管、取樣電路及一米勒電容外,該低壓差線性穩(wěn)壓器還包括一共柵放大器,該共柵放大器設(shè)置于該米勒電容與該調(diào)整管柵極之間,該米勒電容接于該共柵放大器與該調(diào)整管漏極,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至誤差放大器輸出端,以達(dá)到主次極點(diǎn)分離目的的同時,將米勒電容與調(diào)整管的柵極由緩沖器隔離,從而達(dá)到增加電路穩(wěn)定性和改善PSRR的目的。
【專利說明】低壓差線性穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO, Low Dropout Regulator),特別是涉及一種穩(wěn)定性高、PSRR較高的低壓差線性穩(wěn)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]近來,越來越多的場合需要使用LDO (低壓差線性穩(wěn)壓器)給芯片供電。在片上系統(tǒng)芯片,對無電容LDO的需求更加廣泛,在設(shè)計(jì)無電容LDO時,交流穩(wěn)定性是一個非常重要的性能。
[0003]圖1為傳統(tǒng)的LDO的電路示意圖。如圖1所示,傳統(tǒng)的LDO包含一誤差放大器、調(diào)整管mpd和取樣電路,由NMOS管mnl和mn2組成的誤差放大電路的差分對,該差分對源極接偏置電流源,PMOS管mpl和mp2組成鏡像電流源,其作為差分對的有源負(fù)載,誤差放大器之一輸入端(mn2柵極)接參考電壓VREF,其另一輸入端(mnl柵極)接輸出電壓VOUT的采樣,米樣電壓經(jīng)誤差放大器放大后從mn2漏極輸出,該誤差放大輸出傳送至調(diào)整管mpd的輸入端(mpd柵極),同時mn2漏極通過一米勒電容Ce與調(diào)整管mpd漏極相連,調(diào)整管mpd漏極輸出穩(wěn)壓電壓V0UT,該VOUT經(jīng)取樣電路R1/R2的電阻分壓采樣后送至誤差放大器之一輸入端(mnl的柵極);若輸出VOUT偏高,貝U米樣電壓偏高,誤差放大器的誤差輸出增大,由于PMOS管mpl采用二極管接法,故PMOS管mpl漏極即NMOS管mnl漏極電壓是一定的,在差分對的反相作用下NMOS管mn2漏極電壓升高,于是調(diào)整管mpd柵極電壓升高,調(diào)整管mpd漏極電壓即VOUT下降,反之亦然。在傳統(tǒng)LDO中,電路的穩(wěn)定性依賴于增加的米勒電容Ce,但米勒電容Ce的接入對PSRR (Power Supply Rejection Ratio,電源抑制比)的惡化嚴(yán)重。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明的主要目的在于提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其通過在誤差放大器和輸出電路之間增加一共柵放大器,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至誤差放大器輸出端,以達(dá)到主次極點(diǎn)分離的目的同時,將米勒電容與調(diào)整管的柵極由一個緩沖管隔離,從而達(dá)到增加電路穩(wěn)定性和改善PSRR的目的。
[0005]為達(dá)上述目的,本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器,包括誤差放大器、調(diào)整管、取樣電路及一米勒電容,該低壓差線性穩(wěn)壓器還包括一共柵放大器,該共柵放大器設(shè)置于該米勒電容與該調(diào)整管柵極之間,該米勒電容接于該共柵放大器源極與該調(diào)整管漏極,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至該誤差放大器輸出端,以實(shí)現(xiàn)將米勒電容與調(diào)整管柵極隔離。
[0006]進(jìn)一步地,該共柵放大器包括第三NMOS管及第一電流源,該第三NMOS管與該第一電流源串聯(lián)接于該調(diào)整管柵極與地之間,該第三NMOS管源極接第一電流源,柵極接參考電壓,漏極接該誤差放大器的輸出端,該米勒電容接在該調(diào)整管漏極和該第三NMOS管源極間。
[0007]進(jìn)一步地,該誤差放大器包括第一 NMOS管和第二 NMOS管組成的差分對及第一PMOS管和第二 PMOS管組成的鏡像電流源,該差分對源極接偏置電流源,該第一 PMOS管和第二 PMOS管組成鏡像電流源作為差分對的有源負(fù)載,該第二 NMOS管柵極接參考電壓,該第
一NMOS管柵極接輸出電壓的米樣,米樣電壓經(jīng)該誤差放大器放大后從第二 NMOS管漏極輸出,該誤差放大器輸出傳送至該調(diào)整管的柵極,該第二 NMOS管漏極還與該第三NMOS管漏極相連,該調(diào)整管漏極輸出穩(wěn)壓電壓,經(jīng)該取樣電路的電阻分壓采樣后送至該第一 NMOS管柵極。
[0008]進(jìn)一步地,該低壓差線性穩(wěn)壓器還包括第二共柵補(bǔ)償電流支路,該第二共柵補(bǔ)償電流支路包括第四NMOS管和第二電流源,該第四NMOS管源極接該第二電流源,柵極接參考電壓,漏極接該第一 NMOS管漏極。
[0009]進(jìn)一步地,該共柵放大器及該第二共柵補(bǔ)償電流支路均復(fù)用該第一 PMOS管與該第二 PMOS管組成的鏡像電流源。
[0010]進(jìn)一步地,該第一電流源與第二電流源相等。
[0011]進(jìn)一步地,該共柵放大器采用對該誤差放大器的差分對分離長度的方式實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償。
[0012]進(jìn)一步地,該誤差放大器的差分對的兩個NMOS管分裂為兩個串聯(lián)的NMOS管,將第
一NMOS管分裂為NMOS管mnll和mnlO串聯(lián),將第二 NMOS管分裂為NMOS管mn21和mn20串聯(lián),該NMOS管mnll、mnlO柵極接該取樣電路的電壓輸出,NMOS管mnll漏極接該誤差放大器的第一 PMOS管漏極,源極接NMOS管mnl O漏極,NMOS管mnl O源極接電流源負(fù)載,NMOS管mn21、mn20柵極接參考電壓,NMOS管mn21漏極接該誤差放大器的第二 PMOS管漏極,NMOS管mn21源極接NMOS管mn20漏極,NMOS管mn20源極接電流源負(fù)載,該米勒電容連接于該調(diào)整管漏極和該NMOS管mn21源極及該NMOS管mn20漏極構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)間。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器通過在調(diào)整管柵極和米勒電容之間增加一共柵放大器,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至誤差放大器輸出端,以實(shí)現(xiàn)將米勒電容與調(diào)整管柵極隔離,從而達(dá)到增加電路穩(wěn)定性和改善PSRR的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統(tǒng)的LDO的電路示意圖;
[0015]圖2為本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器之第一較佳實(shí)施例的電路示意圖;
[0016]圖3為本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器之第二較佳實(shí)施例的電路示意圖;
[0017]圖4為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例(方法一)與現(xiàn)有技術(shù)所有器件采用典型設(shè)置(TT)、溫度27攝氏度、負(fù)載電流Iload=50mA、3V輸出時的PSRR的比較示意圖;
[0018]圖5為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例(方法二)與現(xiàn)有技術(shù)所有器件采用典型設(shè)置(TT)、溫度27攝氏度、負(fù)載電流Iload=50mA、3V,調(diào)整米勒電容讓相位裕度均為60度,輸出的PSRR的比較示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用,本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用,在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0020]本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器,在調(diào)整管柵極和米勒電容之間增加一共柵放大器,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至誤差放大器輸出端,以實(shí)現(xiàn)將米勒電容與調(diào)整管柵極隔離,從而達(dá)到改善PSRR的目的,增加共柵放大器的方法有以下兩種:一是直接在誤差放大器輸出端和調(diào)整管輸入端節(jié)點(diǎn)Pl并聯(lián)一共柵放大器實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償,二、是采用差分對分離長度的辦法實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償。以下將一一作具體介紹。
[0021]圖2為本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器之第一較佳實(shí)施例的電路示意圖。如圖2所示,本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器,包括:誤差放大器20、調(diào)整管mpd、共柵放大器21以及取樣電路22。誤差放大器包括NMOS管mnl (第一 NMOS管)和NMOS管mn2 (第二 NMOS管)組成的差分對及PMOS管mpl (第一 PMOS管)和PMOS管mp2 (第二 PMOS管)組成的鏡像電流源,該差分對源極接偏置電流源I,mpl和mp2組成鏡像電流源作為差分對的有源負(fù)載,誤差放大器20之一輸入端(mn2柵極)接參考電壓VREF,其另一輸入端(mnl柵極)接輸出電壓VOUT的米樣,米樣電壓經(jīng)誤差放大器放大后從mn2漏極輸出,該誤差放大輸出傳送至輸出電路的輸入端(mpd柵極),mpd漏極輸出穩(wěn)壓電壓VOUT,該VOUT經(jīng)取樣電路22的電阻(R1/R2)分壓采樣后送至誤差放大器之一輸入端(mnl漏極);共柵放大器21接于誤差放大器20與調(diào)整管mpd之間,米勒電容Ce接于共柵放大器21與調(diào)整管mpd漏極之間,該共柵放大器將米勒電容Ce的采樣緩沖后反饋至誤差放大器輸出端,以實(shí)現(xiàn)將米勒電容與調(diào)整管柵極隔離,從而達(dá)到改善PSRR的目的。在本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中,共柵放大器21包括第三NMOS管mn3L及第一電流源II,第三NMOS管mn3L與第一電流源Il串聯(lián)接于調(diào)整管mpd柵極與地之間,第三匪OS管mn3L源極接第一電流源II,柵極接參考電壓VREF,其漏極接NMOS管mn2漏極,補(bǔ)償電容(米勒電容)Ce接在調(diào)整管mpd漏極和mn3L源極間。在本發(fā)明中,接成共柵放大器的第三NMOS管mn3L起到電流緩沖器的作用,此緩沖器既實(shí)現(xiàn)了主次極點(diǎn)分離,而且又將米勒電容和調(diào)整管柵極隔離,因此本發(fā)明第一較佳實(shí)施例對穩(wěn)定性的改進(jìn)的同時,又提高了中高頻率下的PSRR。需說明的是,為不增加過多偏置PMOS管,在本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中,共柵放大器21復(fù)用了 mpl和mp2組成的鏡像電流源。
[0022]為保證電路的對稱性,在本發(fā)明第一較佳實(shí)施例中,在誤差放大器之輸入端即NMOS管mnl的漏極節(jié)點(diǎn)P2增加一第二共柵補(bǔ)償電流支路23,該第二共柵補(bǔ)償支路23包括第四NMOS管mn3R和第二電流源12,第四NMOS管mn3R源極接第二電流源12,柵極接參考電壓VREF,漏極接mnl漏極,第二電流源12=11。同樣,為不增加過多偏置PMOS管,第二共柵補(bǔ)償電流支路23也復(fù)用mpl和mp2組成的鏡像電流源。
[0023]圖3為本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器之第二較佳實(shí)施例的電路示意圖。如圖3所示,在本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中,共柵放大器采用對誤差放大器的差分對分離長度的辦法實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償。具體地說,將誤差放大器的差分對的每個NMOS管分裂為兩個串聯(lián)的NMOS管,即mnl分裂為mnll和mnlO串聯(lián)、mn2分裂為mn21和mn20串聯(lián),mnll、mnlO柵極仍然接取樣電路的電壓輸出,mnl I漏極接mpl漏極,mnl I源極接mnlO漏極,mnlO源極接電流源負(fù)載I,mn2Umn20柵極仍然接參考電壓VREF,mn21漏極接mp2漏極,mn21源極接mn20漏極,mn20源極接電流源負(fù)載I。控制mnll和mn21工作于飽和區(qū)(saturation region),補(bǔ)償電容Ce連接于調(diào)整管mpd漏極和mn21源極及mn20漏極構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)間。
[0024]對取樣輸出來說,mn21構(gòu)成共柵放大器,其具備電流緩沖器的作用,此緩沖器既實(shí)現(xiàn)了主次極點(diǎn)分離,而且又將米勒電容和調(diào)整管柵極隔離。因此本發(fā)明第二較佳實(shí)施例對穩(wěn)定性的改進(jìn)的同時,又提高了中高頻率下的PSRR.[0025]需說明的是,雖然在本發(fā)明第二較佳實(shí)施例中,采用差分對分離長度的辦法實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償,但其實(shí)將鏡像電流源的PMOS管mpl/mp2實(shí)施分離長度也是可行的,只是補(bǔ)償輸入離電源線過近會導(dǎo)致較差的PSRR。
[0026]圖4為本發(fā)明第一較佳實(shí)施例(方法一)與現(xiàn)有技術(shù)所有器件采用典型設(shè)置(TT)、溫度27攝氏度、負(fù)載電流Iload=50mA、3V輸出時的PSRR的比較示意圖??梢姡?dāng)相位裕量均取60度時,在所有頻段上本發(fā)明第一較佳實(shí)施例(方法一)的PSRR (下部較尖銳的曲線)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0027]圖5為本發(fā)明第二較佳實(shí)施例(方法二)與現(xiàn)有技術(shù)所有器件采用典型設(shè)置(TT)、溫度27攝氏度、負(fù)載電流Iload=50mA、3V,調(diào)整米勒電容讓相位裕度均為60度,輸出的PSRR的比較示意圖,可見,當(dāng)相位裕量均取60度時,在所有頻段上本發(fā)明第二較佳實(shí)施例(方法二)的PSRR (下部較尖銳的曲線)明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0028]綜上所述,本發(fā)明一種低壓差線性穩(wěn)壓器通過在調(diào)整管柵極和米勒電容之間增加一共柵放大器,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至誤差放大器的輸出端,以用緩沖器既實(shí)現(xiàn)了主次極點(diǎn)分離,而且又將米勒電容和調(diào)整管柵極隔離,從而達(dá)到增加電路穩(wěn)定性和改善PSRR的目的。
[0029]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效,而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下,對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此,本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍,應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種低壓差線性穩(wěn)壓器,包括誤差放大器、調(diào)整管、取樣電路及一米勒電容,其特征在于:該低壓差線性穩(wěn)壓器還包括一共柵放大器,該共柵放大器設(shè)置于該米勒電容與該調(diào)整管柵極之間,該米勒電容接于該共柵放大器源極與該調(diào)整管漏極,該共柵放大器將米勒電容的采樣緩沖后反饋至該誤差放大器輸出端,實(shí)現(xiàn)將該米勒電容與該調(diào)整管柵極隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該共柵放大器包括第三NMOS管及第一電流源,該第三NMOS管與該第一電流源串聯(lián)接于該調(diào)整管柵極與地之間,該第三NMOS管源極接第一電流源,柵極接參考電壓,漏極接該誤差放大器的輸出端,該米勒電容接在該調(diào)整管漏極和該第三NMOS管源極間。
3.如權(quán)利要求2所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該誤差放大器包括第一NMOS管和第二 NMOS管組成的差分對及第一 PMOS管和第二 PMOS管組成的鏡像電流源,該差分對源極接偏置電流源,該第一 PMOS管和第二 PMOS管組成鏡像電流源作為差分對的有源負(fù)載,該第二 NMOS管柵極接參考電壓,該第一 NMOS管柵極接輸出電壓的采樣,采樣電壓經(jīng)該誤差放大器放大后從第二 NMOS管漏極輸出,該誤差放大輸出傳送至該調(diào)整管的柵極,該第二 NMOS管漏極還與該第三NMOS管漏極相連,該調(diào)整管漏極輸出穩(wěn)壓電壓,經(jīng)該取樣電路的電阻分壓采樣后送至該第一 NMOS管柵極。
4.如權(quán)利要求3所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該低壓差線性穩(wěn)壓器還包括第二共柵補(bǔ)償電流支路,該第二共柵補(bǔ)償電流支路包括第四NMOS管和第二電流源,該第四NMOS管源極接該第二電流源,柵極接參考電壓,漏極接該第一 NMOS管漏極。
5.如權(quán)利要求4所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該共柵放大器及該第二共柵補(bǔ)償電流支路均復(fù)用該第一 PMOS管與該第二 PMOS管組成的鏡像電流源。
6.如權(quán)利要求5所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該第一電流源與第二電流源相等。
7.如權(quán)利要求1所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該共柵放大器采用對該誤差放大器的差分對分離長度的方式實(shí)現(xiàn)共柵補(bǔ)償。
8.如權(quán)利要求7所述的一種低壓差線性穩(wěn)壓器,其特征在于:該誤差放大器的差分對的兩個NMOS管分裂為兩個串聯(lián)的NMOS管,將第一 NMOS管分裂為NMOS管mnll和mnlO串聯(lián),將第二 NMOS管分裂為NMOS管mn21和mn20串聯(lián),該NMOS管mnll、mn 10柵極接該取樣電路的電壓輸出,NMOS管mnl I漏極接該誤差放大器的第一 PMOS管漏極,源極接NMOS管mnlO漏極,NMOS管mnlO源極接電流源負(fù)載,NMOS管mn21、mn20柵極接參考電壓,NMOS管mn21漏極接該誤差放大器的第二 PMOS管漏極,NMOS管mn21源極接NMOS管mn20漏極,NMOS管mn20源極接電流源負(fù)載,該米勒電容連接于該調(diào)整管漏極和該NMOS管mn21源極及該NMOS管mn20漏極構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)間。
【文檔編號】G05F1/56GK103713682SQ201410010118
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】徐光磊 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司