本發(fā)明屬于低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)和高電源抑制比的電路。

背景技術(shù)：

LDO(low dropout regulator)是一種低壓差線性穩(wěn)壓器，LDO電路是集成電路路中重要的電源提供模塊，傳統(tǒng)LDO需要在輸出端外接大電容負(fù)載來滿足環(huán)路穩(wěn)定性和其它方面的要求，但是這種方法無法在片上集成大電容。為了減少片外電容的應(yīng)用，進(jìn)而提出輸出端不需要外接電容的無電容型LDO。和傳統(tǒng)LDO性能相比，無電容型LDO在瞬態(tài)特性和電源抑制特性上都存在較大缺陷。因此需要設(shè)計(jì)電路提高其瞬態(tài)特性和電源抑制特性。

目前，已有的瞬態(tài)特性提高技術(shù)有推挽輸出技術(shù)、動態(tài)電流技術(shù)和輸出電壓檢測技術(shù)。這些技術(shù)都需要設(shè)計(jì)特定的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)，也需要較高的功耗要求，并且都只能單方面提高瞬態(tài)響應(yīng)。已有的電源抑制特性提高的技術(shù)有環(huán)路增益提高技術(shù)、復(fù)制噪聲電流技術(shù)，這些技術(shù)都需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的補(bǔ)償電路，這會增大電路的面積和功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于采用復(fù)用電路的方法同時實(shí)現(xiàn)一種快速瞬態(tài)響應(yīng)高電源抑制比的LDO電路，降低了電路的復(fù)雜度，同時也減少了面積和功耗。

本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種快速瞬態(tài)響應(yīng)高電源抑制比的LDO電路，其包括用于電壓調(diào)制的主電路模塊(1)，主電路模塊(1)包括功率管(MP)，所述功率管(MP)柵極端連接有能快速瞬態(tài)響應(yīng)電壓電流變化的抵消電路，抵消電路包括電容、電流鏡和電流放大器；所述電容有多個，多個電容將LDO電路輸出端(Vout)上沖和/或下沖電壓信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘柡头聪螂娏髯兓盘枺蠜_或下沖引起的反向電流變化信號經(jīng)電流鏡轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘?，正向電流變化信號?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管(MP)柵極驅(qū)動電流。

進(jìn)一步地，所述抵消電路包括四個電容、兩個電流鏡和電流放大器；四個電容分別為第一電容C_C1、第二電容C_C2、第三電容C_C3和第四電容C_C4；兩個電流鏡分別為第一電流鏡和第二電流鏡；

所述第一電容C_C1將LDO電路輸出端Vout的電壓下沖變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘?，該正向電流變化信號?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流；

第二電容C_C2將LDO電路輸出端Vout的電壓下沖變化轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪螂娏髯兓盘?，第一電流鏡將上述反向電流變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘?，該正向電流變化信號?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流；

所述第三電容C_C3將LDO電路輸出端Vout的電壓上沖變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘?，該正向電流變化信號?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流；

第四電容C_C4將LDO電路輸出端Vout的電壓上沖變化轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪螂娏髯兓盘?，第二電流鏡將該反向電流變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘枺撜螂娏髯兓盘柦?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流。

進(jìn)一步地，抵消電路還包括有兩個恒定電流源Ib，其中一個恒定電流源一端接地，該恒定電流源另一端分別與第二電容C_C2、第一電流鏡連接組成一電流補(bǔ)償電路；另一個恒定電流源一端接電源電壓VDD，該另一個恒定電流源另一端分別與第四電容C_C4、第二電流鏡連接組成另一電流補(bǔ)償電路。

進(jìn)一步地，所述電流放大器有兩個，分別為第一電流放大器和第二電流放大器；

所述第一電流放大器包括第一電阻和兩個場效應(yīng)管組成，兩個場效應(yīng)管分別為第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管，所述第一電容轉(zhuǎn)變的正向電流變化信號為第一場效應(yīng)管提供柵極驅(qū)動電流，第一電阻一端與第一場效應(yīng)管柵極連接，第一電阻另一端分別與第一場效應(yīng)管漏極和第二場效應(yīng)管柵極連接，第二場效應(yīng)管柵極與第一場效應(yīng)管漏極連接，第一電阻用于將正向電流變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓盘柌⑼ㄟ^第二場效應(yīng)管將上述電壓變化信號轉(zhuǎn)化為所述功率管MP柵極驅(qū)動電流；

所述第二電流放大器包括第二電阻和兩個場效應(yīng)管組成，兩個場效應(yīng)管分別為第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管，所述第三電容轉(zhuǎn)變的正向電流變化信號為第三場效應(yīng)管提供柵極驅(qū)動電流，第二電阻一端與第三場效應(yīng)管柵極連接，第二電阻另一端分別與第三場效應(yīng)管漏極和第四場效應(yīng)管柵極連接，第四場效應(yīng)管柵極與第三場效應(yīng)管漏極連接，第二電阻用于將正向電流變化信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓盘柌⑼ㄟ^第四場效應(yīng)管將上述電壓變化信號轉(zhuǎn)化為所述功率管MP柵極驅(qū)動電流。

進(jìn)一步地，所述第一場效應(yīng)管柵極連接電源抑制比提高電路，電源抑制比提高電路包括第五電容Cvdd，第五電容Cvdd一端與電源VDD連接，第五電容Cvdd另一端與所述第一場效應(yīng)管柵極連接；

為平衡所述功率管(MP)柵源之間的電壓v_gs，使得v_gs＝0，第五電容Cvdd的電容為C_vdd，功率管(MP)的柵源電容C_gs、源漏電阻r_ds滿足如下要求：

A＝g_MN2R₁C_C1 (2)

其中，C_P為功率管(MP)柵端寄生電容，g_m為功率管MP的跨導(dǎo)，A為電流放大器放大器倍數(shù)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明電路可以將提高LDO瞬態(tài)響應(yīng)和電源抑制特性的電路相復(fù)用，減少了電路的面積和功耗，同時也能有效的提高瞬態(tài)響應(yīng)特性和電源抑制特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明LDO電路中各個模塊的電路連接示意圖；

圖2是本發(fā)明LDO電路中各個模塊的電路工作原理分析圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖1和附圖2來對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明實(shí)施方式不限于此。

如圖1所示，一種快速瞬態(tài)響應(yīng)高電源抑制比的LDO電路，包括包括主電路模塊1、一與主電路模塊相連接的下沖抵消電路2、一與主電路模塊相連接的上沖抵消電路3、一與下沖抵消電路相連接的電源抑制比提高電路4。

主電路模塊1包括誤差放大器EA、NMOS或PMOS功率管MP、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)Ra和Rb。PMOS功率管MP源端(NMOS功率管MP漏端)連接電源VDD；PMOS功率管MP漏端(NMOS功率管MP源端)連接輸出Vout；電阻Ra第一端連接至Rb第一端；電阻Ra第二端連接LDO電路輸出Vout；電阻Rb第二端連接地GND；誤差放大器的輸入第一端為基準(zhǔn)Vref，第二端為Ra第一端；誤差放大器的輸出連接功率管MP的柵端。

下沖抵消電路2包括NMOS管MN1和MN2、PMOS管MP1和MP2、第一電容C_C1和第二電容C_C2、電阻R1和恒定電流源Ib。本實(shí)施例子中，電阻R1為第一電阻，NMOS管MN1和NMOS管MN2分別為第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管。MN1的柵端連接電阻R1第一端；MN1的漏端連接電阻R1第二端；MN1的源端連接地GND；所述的MN2的柵端連接MN1的漏端；所述的MN2的漏端連接功率管MP柵極；MN2的源端連接地GND；MP1、MP2的源端連接電源VDD；MP2的漏端連接MN1的漏端；MP2的柵端連接MP1的柵端；MP1的漏端連接恒定電流源Ib第一端；恒定電流源Ib第二端連接地GND；第一電容C_C1第一端連接MN1的柵端；所述第二電容C_C2第一端連接MP1的漏端；所述第一電容C_C1和第二電容C_C2的第二端連接LDO電路輸出端Vout；

上沖抵消電路3包括NMOS管MN3和MN4、PMOS管MP3和MP4、第三電容C_C3和第四電容C_C4、電阻R2和恒定電流源Ib。本發(fā)明實(shí)施例子中，電阻R2為第二電阻，NMOS管MN3和NMOS管MN4分別為第三場效應(yīng)管和第四場效應(yīng)管。MP3的柵端連接電阻R2第一端；MP3的漏端連接電阻R2第二端；MP3的源端連接電源VDD；MP4的柵端連接MP3的漏端；MP4的漏端連接功率管MP柵極；MP4的源端連接電源VDD；MN3、MN4的源端連接地GND；MN4的漏端連接MP3的漏端；MN4的柵端連接MN3的柵端；MN3的漏端連接恒定電流源Ib第一端；所述恒定電流源Ib第二端連接電源VDD；第三電容C_C3第一端連接MP3的柵端；第四電容C_C4第一端連接MN3的漏端；第三電容C_C3和第四電容C_C4的第二端連接LDO電路輸出端Vout；

電源抑制比提高電路4為第五電容Cvdd，第五電容Cvdd的第一端連接電源VDD，第五電容Cvdd的第二端連接MN1的柵端。

如圖2所示電路工作分析圖，本發(fā)明電路可以將提高LDO瞬態(tài)響應(yīng)和電源抑制特性的電路相復(fù)用，同時也能有效的提高瞬態(tài)響應(yīng)特性和電源抑制特性。

本發(fā)明工作原理為：多個電容將LDO電路輸出端(Vout)上沖和/或下沖電壓信號分別轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘柡头聪螂娏髯兓盘?，上沖或下沖引起的反向電流變化信號經(jīng)電流鏡轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂娏髯兓盘?，正向電流變化信號?jīng)電流放大器轉(zhuǎn)化為功率管(MP)柵極驅(qū)動電流。

工作時，電源電壓VDD通過主電路模塊1反饋環(huán)路調(diào)制輸出。主電路模塊1用來實(shí)現(xiàn)基本的電壓調(diào)制模塊。

當(dāng)電源電壓VDD的電流瞬時增大時，功率管MP不能瞬時提供電流，LDO電路輸出端Vout輸出電壓降低，第一電容C_C1檢測LDO電路輸出端Vout變化，轉(zhuǎn)化為電流i₁，電阻R1將電流轉(zhuǎn)化為電壓Vx，MN2將Vx轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流，即電阻R1、MN1、MN2組成第一電流放大器，第一電流放大倍數(shù)為g_MN2R₁C_C1，其中g(shù)_MN2為MN2管的跨導(dǎo)。

為了有效增大MN2管電流，需要提高Vx電壓，第二電容C_C2、MP1、MP2和恒定電流源Ib組成補(bǔ)償電路，第二電容C_C2檢測LDO電路輸出端Vout變化，轉(zhuǎn)化為電流i₂，MP1、MP2組成第一電流鏡，MN1漏極電流為I_b+i₂，這部分電流不僅提高Vx電壓，同時也可以補(bǔ)償?shù)谝浑娙軨_C1引起的電流i₁。當(dāng)電流瞬時降低時，功率管MP不能瞬時釋放電流，LDO電路輸出端Vout輸出電壓升高，與上述原理相反。此時，上沖抵消電路3作為主抵消電路，如下所述，下沖抵消電路2作為上沖抵消電路3的附屬補(bǔ)償。

上沖抵消電路3包括NMOS管MN3和MN4、PMOS管MP3和MP4、第三電容C_C3和第四電容C_C4、電阻R2和恒定電流源Ib。當(dāng)電流瞬時減小時，功率管MP不能瞬時釋放電流，Vout輸出電壓升高，第三電容C_C3檢測LDO電路輸出端Vout變化，轉(zhuǎn)化為電流i₃，電阻R2將電流轉(zhuǎn)化為電壓Vy，MP4將Vy轉(zhuǎn)化為功率管MP柵極驅(qū)動電流，即R2、MP3、MP4組成第二電流放大器。電流放大倍數(shù)為g_MP4R₂C_C3，其中g(shù)_MP4為MP4管的跨導(dǎo)。

為了有效增大MP4管電流，需要降低Vy電壓，第四電容C_C4、MN3、MN4和恒定電流源Ib組成補(bǔ)償電路，第四電容C_C4檢測LDO電路輸出端Vout變化，轉(zhuǎn)化為電流i₄，MN3、MN4組成電流鏡，MP3漏極電流為I_b+i₄，這部分電流不僅降低Vy電壓，同時也可以補(bǔ)償?shù)谌娙軨_C3引起的電流i₃。當(dāng)電流瞬時升高時，功率管MP不能瞬時提供電流，Vout輸出電壓降低，與上述原理相反。此時，下沖抵消電路2作為主抵消電路，如上所述，上沖抵消電路3作為下沖抵消電路2的附屬補(bǔ)償。

本發(fā)明中，為了降低電路復(fù)雜度和減少面積功耗，第一電流放大器和第二電流放大器的設(shè)計(jì)可復(fù)用下沖抵消電路2中NMOS管MN1、MN2和電阻R1。

電源抑制比提高電路4包括第五電容Cvdd。LDO電路中高頻電源抑制特性取決于功率管MP的柵源電容C_gs和源漏電阻r_ds，誤差放大器在高頻處的影響可以忽略不計(jì)，為了在高頻情況下降低電源噪聲對輸出電壓的影響，需要平衡功率管MP柵源之間的電壓，即通過設(shè)計(jì)v_gs＝0，來使得電源噪聲影響最低。那么可以得到式(1)，(2)：

A＝g_MN2R₁C_C1 (2)

其中，C_P為功率管MP柵端的寄生電容，g_m為功率管MP的跨導(dǎo)，A為復(fù)用下沖抵消電路2中NMOS管MN1、MN2和電阻R1時第一電流放大器放大器倍數(shù)，第一電流放大倍數(shù)為g_MN2R₁C_C1。