本發(fā)明屬于數(shù)字ldo的，尤其涉及一種適用于大壓差的數(shù)字ldo電路及其穩(wěn)壓方法。

背景技術：

1、常見的數(shù)字ldo的壓差都較小，通常在50mv-200mv之間，壓差增大至400mv左右時數(shù)字ldo的紋波過大，輸出精度會降低。

2、由于數(shù)字ldo的低工作電壓，低靜態(tài)功耗，快速響應等特性，被廣泛應用于可穿戴設備等片上系統(tǒng)中，有效提升了電池壽命。傳統(tǒng)數(shù)字ldo利用功率管陣列的開關特性，大大提升了ldo的響應速度和電流效率。但其開關特性也同時限制了開啟的功率管的柵源電壓vgs為電源電壓。導致在大壓差(dropout?voltage，vdo)下，單位功率管提供的電流增加，輸出精度降低，穩(wěn)態(tài)時極限環(huán)震蕩(limit?cycle?oscillation，lco)紋波過大，無法滿足大型soc需要穩(wěn)定的低電源電壓的應用場景。

3、現(xiàn)有技術通常通過進一步增加數(shù)字ldo的控制環(huán)路的方式，以此實現(xiàn)低-中-高的多精度控制，進一步減小大壓差下的穩(wěn)態(tài)紋波。但是增加控制環(huán)路，會使數(shù)字ldo的控制環(huán)路變得復雜，功耗和穩(wěn)定時間(settling?time)變長。同時，大壓差下實現(xiàn)高精度，所需的功率管的寬長比極小，導致length比較大，面積會相應增加。

4、或者，在混合ldo架構中，加入模擬ldo作小電流模擬輔助電路，模擬ldo的負反饋環(huán)路可以自適應調節(jié)功率管的vgs，以適應vdo的增大，使功率管工作在飽和區(qū)，以此實現(xiàn)大壓差下的低紋波。然而，這種針對不同的指標需求和工藝節(jié)點，模擬ldo需要定制化調節(jié)穩(wěn)定性，無法快速生成設計和工藝遷移。此外，加入模擬環(huán)路會增加面積和功耗，使得ldo的效率降低。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種適用于大壓差的數(shù)字ldo電路，通過減小柵源電壓來彌補壓差的增大，以解決數(shù)字ldo在大壓差下lco紋波大的問題。

2、為解決上述問題，本發(fā)明的技術方案為：

3、一種適用于大壓差的數(shù)字ldo電路，包括：模式控制電路、粗調環(huán)路及細調環(huán)路；

4、所述模式控制電路用于控制數(shù)字ldo進入粗調環(huán)路或細調環(huán)路；

5、所述粗調環(huán)路和/或細調環(huán)路至少一環(huán)路包括粗調的/細調的進退法控制器、第一/第二譯碼器、第一/第二柵極電壓控制模塊及pmos開關陣列；

6、粗調/細調進退法控制器用于檢測數(shù)字ldo的輸出電壓的狀態(tài)，輸出指示對應pmos開關陣列的關閉數(shù)量的信號，該信號經過所述適配的第一/第二譯碼器輸出pmos位控制信號至所述適配的第一/第二柵極電壓控制模塊；

7、所述第一/第二柵極電壓控制模塊被配置為利用電阻分壓將參考電壓降壓作為buffer陣列的數(shù)字地端，以抬高來自適配的該譯碼器的pmos位控制信號的邏輯0電壓，并按位接入適配該pmos開關陣列，以抬高開啟適配pmos開關的柵電壓，減小柵源電壓以彌補壓差的增大。

8、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述模式控制電路包括動態(tài)比較器、下沖檢測電路及模式檢測器；

9、所述動態(tài)比較器的負相端連接參考電壓，正相端連接由數(shù)字ldo的輸出電壓通過電阻分壓的反饋電壓，其輸出端連接所述模式檢測器的第一輸入端；

10、所述下沖檢測電路的輸入端連接數(shù)字ldo的輸出電壓，其輸出端連接所述模式檢測器的第二輸入端；

11、所述模式檢測器的輸出端連接粗調環(huán)路及細調環(huán)路，用于控制數(shù)字ldo進入粗調環(huán)路或細調環(huán)路。

12、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述動態(tài)比較器的輸出端還連接所述粗調的進退法控制器的輸入端，所述粗調的進退法控制器進一步被配置為根據(jù)連續(xù)多個時鐘周期的動態(tài)比較器的輸出信號，判斷是否更改控制大尺寸pmos陣列數(shù)量的步長。

13、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述模式檢測器被配置為：實時檢測數(shù)字ldo的輸出電壓并進行調整；當負載電流發(fā)生變化時，輸出電壓發(fā)生相應變化，致使輸出電壓脫離細環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)，此時模式檢測器控制數(shù)字ldo保持細調環(huán)路，即細調的進退法調節(jié)；

14、當輸出電壓的變化量小于細環(huán)最大調節(jié)范圍時，在細調環(huán)路位數(shù)用盡之前，即可將輸出電壓調節(jié)至在參考電壓上下連續(xù)震蕩m個時鐘周期，表明已經進入細環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，保持細環(huán)慢速調節(jié)，無需啟用粗調環(huán)路；

15、當輸出電壓的變化量大于細環(huán)最大調節(jié)范圍時，即使細環(huán)調節(jié)位數(shù)用盡仍無法將輸出電壓調節(jié)至細環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，于是控制數(shù)字ldo進入粗調環(huán)路，即粗調的進退法調節(jié)；

16、在粗調環(huán)路中，當輸出電壓在參考電壓上下連續(xù)震蕩m個時鐘周期之后，表明已經進入粗環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，控制數(shù)字ldo進入細調環(huán)路。

17、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述模式控制電路被配置為：當模式檢測器檢測到負載電流向上跳變10倍以上時，下沖檢測電路輸出1，直接開啟一半的粗環(huán)大尺寸pmos，提供電流防止下沖電壓過大。

18、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述第一柵極電壓控制模塊包括buffer陣列、第一電阻、第二電阻；

19、所述buffer陣列的輸入端連接所述第一譯碼器的輸出端，所述buffer陣列的輸出端連接所述大尺寸pmos陣列的柵極；

20、所述buffer陣列的源端連接數(shù)字ldo的輸入電壓，所述buffer陣列的地端連接參考電壓通過第一電阻和第二電阻分壓的反饋電壓。

21、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述粗調的進退法控制器被配置為：實時檢測模式控制電路中動態(tài)比較器的輸出信號，當動態(tài)比較器輸出0時，所述粗調的進退法控制器輸出粗環(huán)pmos關閉數(shù)量按步長x遞減；

22、當連續(xù)n個時鐘周期動態(tài)比較器的輸出狀態(tài)沒有發(fā)生變化，則增大粗環(huán)pmos關閉數(shù)量遞減步長至y，繼續(xù)調節(jié)直至動態(tài)比較器的輸出發(fā)生翻轉，更改粗環(huán)pmos關閉數(shù)量為遞加，遞加步長更新為最小步長x。

23、根據(jù)本發(fā)明一實施例，所述細調環(huán)路包括依次連接的細調的進退法控制器、第二譯碼器、第二柵極電壓控制模塊及小尺寸pmos陣列；

24、所述細調的進退法控制器根據(jù)數(shù)字ldo的輸出電壓的狀態(tài)，輸出指示小尺寸pmos陣列的關閉數(shù)量的信號，該信號經過所述第二譯碼器輸出pmos位控制信號至所述第二柵極電壓控制模塊；所述第二柵極電壓控制模塊利用電阻分壓將參考電壓降壓作為buffer陣列的數(shù)字地端，以抬高來自譯碼器的pmos位控制信號的邏輯0電壓，并按位接入所述小尺寸pmos陣列，以抬高開啟的pmos的柵電壓，減小柵源電壓以彌補壓差的增大。

25、一種適用于大壓差的數(shù)字ldo電路的穩(wěn)壓方法，包括：

26、每次負載變化來臨前，數(shù)字ldo初始處于細環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)；

27、當數(shù)字ldo因負載變化導致輸出電壓脫離細環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)時，模式檢測器控制數(shù)字ldo保持細調環(huán)路；若當前輸出電壓vout<參考電壓vref，則動態(tài)比較器輸出信號comp_out＝0，控制細調的進退法控制器的輸出細環(huán)pmos關閉數(shù)量按步長x遞減；經過第二譯碼器和對應的第二柵極電壓控制模塊，控制相應的pmos陣列多打開一個，進行細環(huán)慢速調節(jié)；

28、若連續(xù)n個時鐘周期動態(tài)比較器的輸出狀態(tài)沒有發(fā)生變化，表示調整方向無變化，則進入細環(huán)快速調節(jié)模式，增大細環(huán)pmos關閉數(shù)量的遞減步長至y，繼續(xù)調節(jié)直至comp_out發(fā)生翻轉，細調的進退法控制器的控制方向對應改變?yōu)榧樱硬介L更新為最小步長x，直至comp_out連續(xù)n個時鐘周期無變化將加步長增至y，進行細環(huán)快速調節(jié)；

29、若數(shù)字ldo輸出電壓變化量小于細環(huán)最大調節(jié)范圍，在細調環(huán)路位數(shù)用盡之前，即可將輸出電壓調節(jié)至在參考電壓上下連續(xù)震蕩m個時鐘周期，表明已經進入細環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，保持細環(huán)慢速調節(jié)，無需啟用粗調環(huán)路。

30、根據(jù)本發(fā)明一實施例，數(shù)字ldo因負載變化導致輸出電壓脫離細環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)，模式檢測器初始控制數(shù)字ldo進入細調環(huán)路；當變化量大于細環(huán)最大調節(jié)范圍時，則細環(huán)調節(jié)位數(shù)用盡仍無法將輸出電壓調節(jié)至細環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，于是將細環(huán)pmos關閉數(shù)量重置為a，并且模式檢測器控制數(shù)字ldo進入粗調環(huán)路；

31、在粗調環(huán)路中，若當前輸出電壓vout<參考電壓vref，則動態(tài)比較器輸出信號comp_out＝0，控制粗調的進退法控制器的輸出粗環(huán)pmos關閉數(shù)量按步長x遞減；經過第一譯碼器和對應的第一柵極電壓控制模塊，控制相應的pmos陣列多打開一個，進行粗環(huán)慢速調節(jié)；

32、若連續(xù)n個時鐘周期動態(tài)比較器的輸出狀態(tài)沒有發(fā)生變化，表示調整方向無變化，則增大粗環(huán)pmos關閉數(shù)量的遞減步長至y，繼續(xù)調節(jié)直至comp_out發(fā)生翻轉，粗調的進退法控制器的控制方向對應改變?yōu)榧?，加步長更新為最小步長x，直至comp_out連續(xù)n個時鐘周期無變化將加步長增至y，進入粗環(huán)快速調節(jié)；

33、當模式檢測器檢測到輸出電壓在參考電壓上下連續(xù)震蕩m個時鐘周期之后，表明已經進入粗環(huán)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)，控制數(shù)字ldo進入細調環(huán)路；

34、在進入細調環(huán)路時，將粗環(huán)pmos關閉數(shù)量取粗環(huán)在穩(wěn)定震蕩期間呈跳變的pmos關閉數(shù)量中的較大值，保證再次進入細環(huán)調路時是以減小pmos管關閉數(shù)量的形式；由于細環(huán)pmos關閉數(shù)量均被初始化為a，留有足夠的空間能確保細環(huán)調節(jié)進入穩(wěn)態(tài)，以確保低紋波。

35、本發(fā)明由于采用以上技術方案，使其與現(xiàn)有技術相比具有以下的優(yōu)點和積極效果：

36、本發(fā)明一實施例中的適用于大壓差的數(shù)字ldo電路，針對現(xiàn)有的數(shù)字ldo的功率管的開關特性無法實現(xiàn)大壓差，不能滿足大型soc需要低電源電壓的應用場景的問題，通過減小柵源電壓來彌補壓差的增大，以解決數(shù)字ldo在大壓差下lco紋波大的問題。該數(shù)字ldo電路包括模式控制電路、粗調環(huán)路及細調環(huán)路，其中，粗調環(huán)路及細調環(huán)路均包括進退法控制器、譯碼器、柵極電壓控制模塊和pmos陣列，進退法控制器根據(jù)輸出電壓的狀態(tài)，輸出指示pmos陣列的關閉數(shù)量的信號，該信號經過譯碼器輸出pmos位控制信號至柵極電壓控制模塊；該柵極電壓控制模塊利用電阻分壓將參考電壓降壓作為buffer陣列的數(shù)字地端，以抬高來自譯碼器的pmos位控制信號的邏輯0電壓，并按位接入pmos陣列，以抬高開啟的pmos的柵電壓，減小柵源電壓以彌補壓差的增大。

37、另外，由于將細環(huán)管子關閉數(shù)量初始化為較大值，留有足夠的空間能確保細環(huán)調節(jié)進入穩(wěn)態(tài)，以確保低紋波。同時，由于柵極電壓控制模塊抬高了開啟的大尺寸pmos陣列的柵極電壓，從而減小了對應的漏源電流，增大了單位功率管的調節(jié)精度，有效地降低大vod壓差下的粗環(huán)和細環(huán)紋波。