本發(fā)明涉及集成電路，尤其涉及一種低紋波的快速響應(yīng)數(shù)字ldo電路及控制方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字ldo(digital?ldo,dldo)因其低電壓工作能力和良好的工藝可擴(kuò)展性而備受關(guān)注，與傳統(tǒng)模擬ldo(analog?ldo，aldo)相比，數(shù)字ldo在處理相同負(fù)載電流時(shí)需要較小的功率管面積，并且具有較小的穩(wěn)定性問(wèn)題。然而盡管數(shù)字ldo在數(shù)字電路的高效率電源管理系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但是仍存在穩(wěn)態(tài)紋波和較低的電源抑制比的問(wèn)題。

2、目前，為了解決數(shù)字ldo中的穩(wěn)態(tài)紋波和電源抑制問(wèn)題，主要采用了以下兩種主要技術(shù)方案：第一種是在傳統(tǒng)數(shù)字ldo的基礎(chǔ)上，在輸出端增加大電容，以有效緩沖負(fù)載變動(dòng)造成的電壓波動(dòng)，從而減少穩(wěn)態(tài)紋波。但是該方案雖然有用，卻帶來(lái)了空間占用大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)受限和潛在穩(wěn)定性問(wèn)題。第二種是在數(shù)字ldo中采用粗細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)模式，通過(guò)兩組不同尺寸的pmos陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和低紋波的目標(biāo)，但是該方案增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和功耗并且可能影響系統(tǒng)的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種低紋波的快速響應(yīng)數(shù)字ldo電路及控制方法，能夠解決傳統(tǒng)數(shù)字ldo的紋波問(wèn)題，同時(shí)在保證快速響應(yīng)的同時(shí)提高輸出電壓的精度，本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明提供了一種低紋波的快速響應(yīng)數(shù)字ldo電路，包括：時(shí)鐘控制比較器、偏穩(wěn)檢測(cè)電路、移控開(kāi)關(guān)電路和異步控制環(huán)路；

3、時(shí)鐘控制比較器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋電壓vfb和參考電壓vref的偏差，并輸出比較信號(hào)；

4、偏穩(wěn)檢測(cè)電路，包括計(jì)數(shù)器和序列檢測(cè)器，均采用數(shù)字化設(shè)計(jì)；其中，計(jì)數(shù)器基于比較信號(hào)的連續(xù)性發(fā)出cnt信號(hào)，用于檢測(cè)輸出信號(hào)的連續(xù)性；序列檢測(cè)器基于輸出信號(hào)的輸出模式發(fā)出mode信號(hào)，用于評(píng)估輸出信號(hào)是否達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)穩(wěn)定狀態(tài)；

5、移位控制電路，根據(jù)偏穩(wěn)檢測(cè)電路提供的cnt信號(hào)和mode信號(hào)以及內(nèi)部的進(jìn)位信號(hào)fd動(dòng)態(tài)粗細(xì)環(huán)控制和調(diào)整pmos開(kāi)關(guān)陣列以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，移位控制電路檢測(cè)到進(jìn)位信號(hào)fd時(shí)進(jìn)行細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)到粗環(huán)調(diào)節(jié)的切換，以加快調(diào)節(jié)速度；

6、時(shí)鐘控制比較器的輸入端分別連接反饋電壓vfb和參考電壓vref，輸出端分別與移位控制電路以及偏穩(wěn)監(jiān)測(cè)電路中的計(jì)數(shù)器和序列檢測(cè)器連接，用于輸出比較信號(hào)；移位控制電路與偏穩(wěn)監(jiān)測(cè)電路和時(shí)鐘控制比較器相連，根據(jù)輸出的mode信號(hào)和cnt信號(hào)判斷電壓狀態(tài)是否穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)電壓狀態(tài)未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列進(jìn)行細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)，當(dāng)pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列都調(diào)節(jié)完成且未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)進(jìn)位信號(hào)fd，結(jié)合pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列進(jìn)行粗環(huán)調(diào)節(jié)輸出電壓，以快速響應(yīng)反饋電壓vfb變化，并根據(jù)mode信號(hào)切換到細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

7、異步控制環(huán)路的輸入端連接輸出電壓vout，異步控制環(huán)路的輸出端連接移位控制器，當(dāng)輸出電壓變動(dòng)達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)檢測(cè)到大幅度下沖，輸出異步控制信號(hào)as_ctrl,異步控制信號(hào)as_ctrl直接將粗環(huán)pmos大尺寸陣列置為最大調(diào)節(jié)范圍的一半，異步控制信號(hào)對(duì)移位控制器的當(dāng)前狀態(tài)不產(chǎn)生影響，用于迅速提供大電流。

8、進(jìn)一步地，時(shí)鐘控制比較器的負(fù)向輸入端連接參考電壓vref，正向輸入端連接反饋電壓vfb；輸出端基于參考電壓vref和反饋電壓vfb的比較信號(hào)，比較信號(hào)為信號(hào)0或信號(hào)1，信號(hào)0為反饋電壓vfb小于參考電壓vref，否則則輸出信號(hào)1；其中，反饋電壓vfb為輸出電壓vout到接地的電壓調(diào)節(jié)器得到的電壓。

9、進(jìn)一步地，偏穩(wěn)檢測(cè)電路中的計(jì)數(shù)器接收時(shí)鐘控制比較器的比較信號(hào)，監(jiān)測(cè)比較信號(hào)在連續(xù)兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的一致性；

10、當(dāng)比較信號(hào)在連續(xù)兩個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)不一致，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值重置為0；當(dāng)比較信號(hào)連續(xù)一致，計(jì)數(shù)器增其計(jì)數(shù)值；基于計(jì)數(shù)值是否超過(guò)預(yù)設(shè)閾值輸出對(duì)應(yīng)的cnt信號(hào)，并根據(jù)cnt信號(hào)進(jìn)行移位控制電路的快速調(diào)節(jié)或慢速調(diào)節(jié)。

11、進(jìn)一步地，偏穩(wěn)檢測(cè)電路中的序列檢測(cè)器用于分析時(shí)鐘控制比較器的比較信號(hào)，根據(jù)比較信號(hào)的輸出序列判斷是否滿(mǎn)足設(shè)定的序列狀態(tài)，輸出對(duì)應(yīng)的mode信號(hào)來(lái)分析電路的穩(wěn)定狀態(tài)。

12、進(jìn)一步地，移位控制電路包括移位控制器、pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列和pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列；移位控制器的輸入端分別與計(jì)數(shù)器、序列檢測(cè)器和時(shí)鐘控制比較器，用于獲取當(dāng)前的比較信號(hào)、cnt信號(hào)和mode信號(hào)；移位控制器的輸出端與pmos開(kāi)關(guān)陣列連接，其中，移位控制器中的粗環(huán)調(diào)節(jié)控件與pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列連接，細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)控件和pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列連接；并且當(dāng)pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列都調(diào)節(jié)完成后觸發(fā)進(jìn)位信號(hào)fd，進(jìn)入粗環(huán)調(diào)節(jié)控件進(jìn)行粗環(huán)調(diào)節(jié)直至mode信號(hào)進(jìn)去穩(wěn)定狀態(tài)，切回細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)控件進(jìn)行細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)。

13、進(jìn)一步地，細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)控件包括細(xì)環(huán)慢速調(diào)節(jié)單元和細(xì)環(huán)快速調(diào)節(jié)單元，當(dāng)未觸發(fā)進(jìn)位信號(hào)fd或從粗環(huán)調(diào)節(jié)切換到細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)cnt信號(hào)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)和慢速調(diào)節(jié)；其中，

14、當(dāng)cnt信號(hào)未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值則進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，根據(jù)比較信號(hào)重置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為最小步長(zhǎng)1；

15、當(dāng)cnt信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值則進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，根據(jù)比較信號(hào)設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為固定步長(zhǎng)，固定步長(zhǎng)為大于1的自然數(shù)。

16、進(jìn)一步地，粗環(huán)調(diào)節(jié)控件包括粗環(huán)慢速調(diào)節(jié)單元和粗環(huán)快速調(diào)節(jié)單元，當(dāng)觸發(fā)進(jìn)位信號(hào)fd，根據(jù)cnt信號(hào)進(jìn)行快速調(diào)節(jié)和慢速調(diào)節(jié)；其中，

17、當(dāng)cnt信號(hào)未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值則進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，根據(jù)比較信號(hào)重置pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為最小步長(zhǎng)1，并將pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的步長(zhǎng)設(shè)置為總步長(zhǎng)的一半；

18、當(dāng)cnt信號(hào)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值則進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，根據(jù)比較信號(hào)設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為固定步長(zhǎng)，固定步長(zhǎng)為大于1的自然數(shù)；并將pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的步長(zhǎng)設(shè)置為總步長(zhǎng)的一半。

19、進(jìn)一步地，還包括兩組前饋輔助pmos，根據(jù)移位控制電路中的細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)單元或粗環(huán)調(diào)節(jié)單元采用對(duì)應(yīng)小尺寸或大尺寸的前饋輔助pmos，用于防止震蕩模式過(guò)高無(wú)法被序列檢測(cè)器檢測(cè)。

20、進(jìn)一步地，還包括負(fù)載電容和負(fù)載電阻，用于平滑輸出電壓vout、減少高頻噪聲。

21、基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供了一種低紋波的快速響應(yīng)數(shù)字ldo電路控制方法，采用如上述的快速響應(yīng)數(shù)字ldo電路進(jìn)行控制，該方法包括：

22、步驟s1：獲取時(shí)鐘控制比較器比較反饋電壓vfb和參考電壓vref的比較信號(hào)，其中，反饋電壓vfb由輸出電壓vout分壓得到；偏穩(wěn)檢測(cè)電路中的計(jì)數(shù)器和序列檢測(cè)器根據(jù)比較信號(hào)獲取對(duì)應(yīng)的cnt信號(hào)和mode信號(hào)；

23、步驟s2：判斷序列檢測(cè)輸出的mode信號(hào)是否為1；

24、步驟s3：當(dāng)mode信號(hào)為1的情況下，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)mode信號(hào)為0的情況下，移位控制電路進(jìn)行細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)，根據(jù)cnt信號(hào)和比較信號(hào)確定調(diào)節(jié)速度和邏輯，同時(shí)通過(guò)小尺寸的前饋輔助pmos進(jìn)行穩(wěn)態(tài)震蕩的抑制；其中，

25、當(dāng)cnt信號(hào)為0時(shí)，計(jì)數(shù)器的值未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，重置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為最小步長(zhǎng)1；直到mode信號(hào)為1達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)或cnt信號(hào)為1進(jìn)入細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)的快速調(diào)節(jié)；

26、當(dāng)cnt信號(hào)為1時(shí)，計(jì)數(shù)器的值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為固定步長(zhǎng)，固定步長(zhǎng)為大于1的自然數(shù)，步長(zhǎng)為開(kāi)關(guān)數(shù)量；直至cnt信號(hào)為0進(jìn)入到細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)的慢速調(diào)節(jié)或pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列中的開(kāi)關(guān)都處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，觸發(fā)進(jìn)位信號(hào)fd；

27、步驟s3：移位控制電路根據(jù)檢測(cè)到的進(jìn)位信號(hào)fd進(jìn)行從細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)到粗環(huán)調(diào)節(jié)的切換；根據(jù)cnt信號(hào)和比較信號(hào)確定調(diào)節(jié)速度和邏輯，同時(shí)通過(guò)大尺寸的前饋輔助pmos進(jìn)行穩(wěn)態(tài)震蕩的抑制；其中，

28、當(dāng)cnt信號(hào)為0時(shí)，計(jì)數(shù)器的值未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，重置pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為最小步長(zhǎng)1；并設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列中的開(kāi)關(guān)數(shù)量為總數(shù)量的一半；直到cnt信號(hào)為1進(jìn)入到粗環(huán)調(diào)節(jié)的快速調(diào)節(jié)或達(dá)到mode信號(hào)為1返回細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

29、當(dāng)cnt信號(hào)為1時(shí)，計(jì)數(shù)器的值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為固定步長(zhǎng)，固定步長(zhǎng)為大于1的自然數(shù)，并設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)小尺寸陣列中的開(kāi)關(guān)數(shù)量為總數(shù)量的一半；調(diào)節(jié)至粗環(huán)調(diào)節(jié)的慢速調(diào)節(jié)，直至mode信號(hào)為1返回細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

30、步驟s4：在調(diào)節(jié)過(guò)程中，異步控制環(huán)路根據(jù)檢測(cè)的輸出電壓vout下降程度達(dá)到預(yù)設(shè)值，輸出異步控制信號(hào)as_ctrl，在不影響移位控制器狀態(tài)的情況下，直接設(shè)置pmos開(kāi)關(guān)大尺寸陣列打開(kāi)一半。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下至少一種技術(shù)效果：

32、本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)數(shù)字ldo的紋波問(wèn)題，同時(shí)在保證快速響應(yīng)的同時(shí)提高輸出電壓的精度。通過(guò)數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的序列檢測(cè)器判斷是否進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，從而將粗環(huán)調(diào)節(jié)切換至紋波更低的細(xì)環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)低紋波輸出；通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)相同的比較器輸出結(jié)果comp_out信號(hào)個(gè)數(shù)，判斷負(fù)載變化的大小程度，進(jìn)而適應(yīng)性地調(diào)整相應(yīng)環(huán)路移位控制邏輯的步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。避免使用了窗口比較器和多個(gè)參考電壓，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)難度，消除了多個(gè)比較器之間的失調(diào)帶來(lái)的誤差。