本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器。

背景技術(shù)：

1、低壓差線性穩(wěn)壓器(ldo)由于其低功耗、低噪聲、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)點(diǎn)，倍受便攜式設(shè)備、射頻組件等歡迎，但日益復(fù)雜的負(fù)載環(huán)境使得ldo的設(shè)計(jì)更加困難，如何保證電路在低功耗的同時(shí)能快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是目前電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2、為了提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，目前較常用的方法是在ldo中增加fvf(flipped?voltagefollower，翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得輸出電壓的變化能快速傳輸至輸出功率管柵極，進(jìn)而對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)控，瞬態(tài)響應(yīng)大幅提升。但由于fvf結(jié)構(gòu)的環(huán)路增益小，會(huì)使得輸出電壓的精度小，因此經(jīng)常需要在fvf環(huán)路中增加提升增益的電路。然而實(shí)際上，增益提升電路的引入又會(huì)限制ldo的瞬態(tài)響應(yīng)，且需要更復(fù)雜的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來保證電路的穩(wěn)定性。使得電路復(fù)雜度增加、設(shè)計(jì)難度加大。

3、在一些現(xiàn)有技術(shù)中，通過在增益級(jí)與輸出功率管柵極之間插入一級(jí)源極跟隨器，隔離增益級(jí)的高輸出阻抗與功率管柵極的大電容，源極跟隨器得輸入電容小，輸出阻抗低，能將一個(gè)低頻極點(diǎn)分裂為兩個(gè)較高頻的極點(diǎn)，提高ldo的帶寬上限，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但是源極跟隨器會(huì)使得輸入電源電壓最小需要兩個(gè)mos管的vgs，負(fù)載電流變化范圍越廣、vgs越大，導(dǎo)致ldo的輸入電源電壓最小值受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，旨在增強(qiáng)ldo的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)源電路，緩沖電路，控制電路，負(fù)載電路，以及連接于負(fù)載電路的輸出控制環(huán)路；基準(zhǔn)源電路連接于緩沖電路，緩沖電路接收基準(zhǔn)電壓并進(jìn)行緩沖放大后，輸出目標(biāo)電壓至控制電路、同時(shí)反饋至緩沖電路輸入端，控制電路產(chǎn)生穩(wěn)定的控制電壓至輸出控制環(huán)路進(jìn)行反饋放大后輸出至負(fù)載電路，以輸出電壓至后續(xù)電路；

3、輸出控制環(huán)路包括放大級(jí)子電路、電流緩沖級(jí)子電路和輸出反饋級(jí)子電路；輸出反饋級(jí)子電路分別連接控制電路和輸出電路，用以將控制電壓進(jìn)行放大并輸出至負(fù)載電路，同時(shí)，將輸出電壓反饋至放大級(jí)子電路，經(jīng)放大級(jí)子電路和電流緩沖級(jí)子電路進(jìn)行放大、提高增益后，使輸出電壓接近目標(biāo)電壓并保持穩(wěn)定輸出。

4、優(yōu)選地，輸出反饋級(jí)子電路連接于控制電路和負(fù)載電路，包括第一場(chǎng)效應(yīng)管、第二場(chǎng)效應(yīng)管和第一電容，第一場(chǎng)效應(yīng)管的源極連接于輸入電源，漏極連接于第二場(chǎng)效應(yīng)管的源極和輸出電路；第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接于控制電路，第一電容的一端連接于輸出電路和第一場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、第二場(chǎng)效應(yīng)管的源極，另一端連接于第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和放大級(jí)子電路。

5、優(yōu)選地，放大級(jí)子電路包括第一nmos管，第一nmos管的漏極連接于第一偏置電流源和電流緩沖級(jí)子電路，柵極連接于第二偏置電壓，源極連接于輸出反饋級(jí)子電路中的第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和第三偏置電流源。

6、優(yōu)選地，電流緩沖級(jí)子電路包括第一pmos管、第二pmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管；第一pmos管的柵極連接于第一nmos管的漏極，源極連接于輸入電源，漏極連接于放大級(jí)子電路中的第三偏置電流源和第二nmos管的柵極；第二pmos管的源極連接于輸入電源，漏極連接于第三nmos管的漏極以及第三nmos管和第四nmos管的柵極，柵極連接于第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極；第二nmos管的漏極連接于第二pmos管的柵極和輸出反饋級(jí)子電路中第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，源極接地，柵極連接于放大級(jí)子電路中第一pmos管的漏極；第三nmos管的柵極與其漏極相互連接、并連接于與第四nmos管的柵極，源極接地；第四nmos管的源極接地。

7、優(yōu)選地，電流緩沖級(jí)子電路還包括一組pmos場(chǎng)效應(yīng)管，該組pmos場(chǎng)效應(yīng)管的源極連接于輸入電源，柵極分別連接于第二pmos管的柵極和第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，漏極分別連接于其柵極和第二nmos管的漏極。

8、優(yōu)選地，第二pmos管與pmos場(chǎng)效應(yīng)管組構(gòu)成電流鏡，其數(shù)量比例為1：k，k為正整數(shù)，其優(yōu)選范圍為2~5。

9、優(yōu)選地，第二pmos管以及pmos場(chǎng)效應(yīng)管組中的任一場(chǎng)效應(yīng)管的尺寸相同。

10、本發(fā)明技術(shù)方案通過輸出控制環(huán)路將緩沖電路和輸出電路完全分離，該結(jié)構(gòu)避免了在環(huán)路引入緩沖電路輸入端的大寄生電容與輸出端的高輸出阻抗，使環(huán)路的極點(diǎn)能夠處于較高頻率，從而增大輸出帶寬、增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

技術(shù)特征：

1.一種低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)源電路，緩沖電路，控制電路，負(fù)載電路，其特征在于，還包括連接于負(fù)載電路的輸出控制環(huán)路；基準(zhǔn)源電路連接于緩沖電路，緩沖電路接收基準(zhǔn)電壓并進(jìn)行緩沖放大后，輸出目標(biāo)電壓至控制電路、同時(shí)反饋至緩沖電路輸入端，控制電路產(chǎn)生穩(wěn)定的控制電壓至輸出控制環(huán)路進(jìn)行反饋放大后輸出至負(fù)載電路，以輸出電壓至后續(xù)電路；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，輸出反饋級(jí)子電路連接于控制電路和負(fù)載電路，包括第一場(chǎng)效應(yīng)管、第二場(chǎng)效應(yīng)管和第一電容，第一場(chǎng)效應(yīng)管的源極連接于輸入電源，漏極連接于第二場(chǎng)效應(yīng)管的源極和輸出電路；第二場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接于控制電路，第一電容的一端連接于輸出電路和第一場(chǎng)效應(yīng)管的漏極、第二場(chǎng)效應(yīng)管的源極，另一端連接于第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和放大級(jí)子電路。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，放大級(jí)子電路包括第一nmos管，第一nmos管的漏極連接于第一偏置電流源和電流緩沖級(jí)子電路，柵極連接于第二偏置電壓，源極連接于輸出反饋級(jí)子電路中的第二場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和第三偏置電流源。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，電流緩沖級(jí)子電路包括第一pmos管、第二pmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管；第一pmos管的柵極連接于第一nmos管的漏極，源極連接于輸入電源，漏極連接于放大級(jí)子電路中的第三偏置電流源和第二nmos管的柵極；第二pmos管的源極連接于輸入電源，漏極連接于第三nmos管的漏極以及第三nmos管和第四nmos管的柵極，柵極連接于第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極；第二nmos管的漏極連接于第二pmos管的柵極和第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，源極接地，柵極連接于放大級(jí)子電路，以接收放大級(jí)子電路放大后的信號(hào)；第三nmos管的柵極與其漏極相互連接、并連接于與第四nmos管的柵極，源極接地；第四nmos管的源極接地。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，電流緩沖級(jí)子電路還包括一組pmos場(chǎng)效應(yīng)管，該組pmos場(chǎng)效應(yīng)管的源極連接于輸入電源，柵極分別連接于第二pmos管的柵極和第一場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，漏極分別連接于其柵極和第二nmos管的漏極。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，第二pmos管與pmos場(chǎng)效應(yīng)管組構(gòu)成電流鏡，其數(shù)量比例為1：k，k為正整數(shù)，其優(yōu)選范圍為2~5。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，第二pmos管以及pmos場(chǎng)效應(yīng)管組中的任一場(chǎng)效應(yīng)管的尺寸相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于，第一場(chǎng)效應(yīng)管為功率管。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低功耗高性能的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括基準(zhǔn)源電路，緩沖電路，控制電路，負(fù)載電路，輸出控制環(huán)路；基準(zhǔn)源電路連接于緩沖電路，緩沖電路輸出目標(biāo)電壓至控制電路、同時(shí)反饋至緩沖電路輸入端，控制電路產(chǎn)生控制電壓至輸出控制環(huán)路然后輸出至負(fù)載電路；輸出控制環(huán)路中的輸出反饋級(jí)子電路分別連接控制電路和輸出電路，同時(shí)將輸出電壓反饋至放大級(jí)子電路，經(jīng)放大級(jí)子電路和電流緩沖級(jí)子電路進(jìn)行放大、提高增益后，使輸出電壓接近目標(biāo)電壓并保持穩(wěn)定輸出。本發(fā)明技術(shù)方案通過輸出控制環(huán)路將緩沖電路和輸出電路完全分離，避免了在環(huán)路引入緩沖電路輸入端的大寄生電容與輸出端的高輸出阻抗，從而增大輸出帶寬、增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

技術(shù)研發(fā)人員：葉飛,楊仕軒,向建軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都銳成芯微科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2