本發(fā)明屬于模擬集成電路,具體涉及一種兼具拉電流和灌電流能力的ldo電路。
背景技術(shù):
1、ldo(低壓差線性穩(wěn)壓器)是當(dāng)今電子設(shè)備系統(tǒng)中最常見的電源管理芯片之一,其高性能和可靠性已經(jīng)成為電子系統(tǒng)的核心。更好的驅(qū)動(dòng)能力一直是ldo的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)之一,電子設(shè)備的系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜,功能也越來(lái)越完備,更加復(fù)雜的功能模塊導(dǎo)致對(duì)電能的總體需求在不斷上升,因此對(duì)ldo?的帶載能力要求也越來(lái)越高。
2、在產(chǎn)品應(yīng)用方面,德州儀器(ti)和亞德諾半導(dǎo)體(adi)等集成電路的巨頭企業(yè)在低壓線性穩(wěn)壓器的研究上有很多成果,ti公司推出的tlv767是一款大電流負(fù)載的ldo芯片,其最大電流負(fù)載達(dá)到1a;adi公司推出的lt1963芯片,能輸出最大1.5a的電流;西北大學(xué)李中偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一款為ddr?sdram(double?data?rate?synchronous?dynamic?random-access?memory,雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器)供電的具有2a拉灌電流能力的ldo;但這些芯片帶寬不大,瞬態(tài)響應(yīng)性能仍有一定的優(yōu)化空間。
3、在學(xué)術(shù)研究方面,文獻(xiàn)[呂文召.?高可靠拉灌大電流快速瞬態(tài)響應(yīng)ldo的研究與設(shè)計(jì)[d].?湖南大學(xué),2021]使用兩個(gè)nmos功率管實(shí)現(xiàn)ldo電路的拉灌電流能力,可實(shí)現(xiàn)最大3a的輸出電流,其中的誤差放大器使用cascode(共源共柵)結(jié)構(gòu)獲得足夠的增益,并使用嵌套式密勒補(bǔ)償來(lái)分離主次極點(diǎn)滿足穩(wěn)定性要求,使ldo在1m~3a負(fù)載范圍內(nèi)均能獲得良好的穩(wěn)定性;但由于其使用了cascode結(jié)構(gòu),電路需要消耗更多的電壓裕度,ldo無(wú)法在低電源電壓情況下工作,對(duì)最低電源電壓有一定的要求。文獻(xiàn)[黃沖.?兼?zhèn)鋝ink和source型大電流線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)[d].?西安電子科技大學(xué),?2013]中的誤差放大器使用兩級(jí)結(jié)構(gòu),第一級(jí)放大器采用折疊式共源共柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓信號(hào)的放大,第二級(jí)使用改進(jìn)型推挽式結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)nmos功率管實(shí)現(xiàn)ldo電路的拉灌電流能力,可實(shí)現(xiàn)最大2a的輸出電流;但由于其內(nèi)部極點(diǎn)頻率較低,為滿足穩(wěn)定性,片外無(wú)法設(shè)置大電容,導(dǎo)致輸出電流變化時(shí)ldo的瞬態(tài)響應(yīng)性能較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述,本發(fā)明提供了一種兼具拉電流和灌電流能力的ldo電路,其使用gm驅(qū)動(dòng)型誤差放大器,為負(fù)載提供拉電流和灌電流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的帶寬,提高了電路的瞬態(tài)響應(yīng)特性。
2、一種兼具拉電流和灌電流能力的ldo電路,包括輸入級(jí)模塊、電流處理模塊、功率管模塊和補(bǔ)償模塊,其中輸入級(jí)模塊用于計(jì)算基準(zhǔn)電壓與反饋電壓(即輸出電壓通過單位增益負(fù)反饋的形式得到)的誤差并將其轉(zhuǎn)換為誤差電流;電流處理模塊用于對(duì)該誤差電流進(jìn)行運(yùn)算放大后輸出到功率管模塊中;功率管模塊由兩組功率管組成,分別對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)提供拉電流和灌電流的能力,并將輸出電壓反饋給輸入級(jí)模塊中;補(bǔ)償模塊使用對(duì)稱電流鏡密勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)ldo電路的頻率特性進(jìn)行補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同負(fù)載條件下輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)控。
3、進(jìn)一步地,所述輸入級(jí)模塊包括一個(gè)pmos管m0、兩個(gè)pnp三極管q1~q2、兩個(gè)npn三極管q3~q4、四個(gè)電阻r1~r4以及兩個(gè)電流源i1~i2,其中m0的源極接電源電壓,m0的柵極外接偏置電壓,m0的漏極與r1的一端以及r2的一端相連,r1的另一端與q1的發(fā)射極相連,r2的另一端與q2的發(fā)射極相連,q1的基極接基準(zhǔn)電壓,q2的基極接反饋電壓,q1的集電極與q3的集電極、q3的基極以及i1的輸入端相連生成誤差電流iq3,q2的集電極與q4的集電極、q4的基極以及i2的輸入端相連生成誤差電流iq4,q3的發(fā)射極與r3的一端相連,q4的發(fā)射極與r4的一端相連,r3的另一端與r4的另一端、i1的輸出端以及i2的輸出端相連并接地。
4、進(jìn)一步地,所述電流處理模塊包括:
5、電流求和模塊,用于對(duì)輸入級(jí)模塊生成的兩路誤差電流iq3、iq4進(jìn)行求和平均后得到平均電流信號(hào);
6、電流求差模塊,用于將平均電流信號(hào)分別與誤差電流iq3、iq4做差,對(duì)應(yīng)得到兩路電流信號(hào)i2h和i2l;
7、多路電流鏡像模塊,用于對(duì)電流信號(hào)i2h和i2l進(jìn)行拷貝和非線性放大,對(duì)應(yīng)兩路電流信號(hào)i3h和i3l。
8、進(jìn)一步地,所述電流求和模塊包括兩個(gè)pmos管m5~m6、兩個(gè)npn三極管q5~q6以及兩個(gè)電阻r5~r6,其中m5的源極與m6的源極相連并接電源電壓,m5的漏極與m5的柵極、q5的集電極、m6的漏極、m5的柵極以及q6的集電極相連生成平均電流信號(hào),q5的基極接誤差電流iq3,q6的基極接誤差電流iq4,q5的發(fā)射極與r5的一端相連,q6的發(fā)射極與r6的一端相連,r5的另一端與r6的另一端相連并接地。
9、進(jìn)一步地,所述電流求差模塊包括四個(gè)pmos管m7~m10、四個(gè)npn三極管q7~q10以及四個(gè)電阻r7~r10,其中m7的源極與m8的源極、m9的源極以及m10的源極相連并接電源電壓,m7的柵極與m8的柵極相連并接平均電流信號(hào),m9的柵極與m7的漏極、q7的集電極、q9的集電極以及m9的漏極相連生成電流信號(hào)i2l,q7的基極與q9的基極并接誤差電流iq3,q7的發(fā)射極與r7的一端相連,q9的發(fā)射極與r9的一端相連,m10的柵極與m8的漏極、q8的集電極、q10的集電極以及m10的漏極相連生成電流信號(hào)i2h,q8的基極與q10的基極并接誤差電流iq4,q8的發(fā)射極與r8的一端相連,q10的發(fā)射極與r10的一端相連,r7的另一端與r8的另一端、r9的另一端以及r10的另一端相連并接地。
10、進(jìn)一步地,所述多路電流鏡像模塊包括六個(gè)pmos管m11、m12、m17~m20、六個(gè)nmos管m21、m22、m13~m16以及六個(gè)電阻r11~r16,其中m11的源極與m12的源極、m19的源極、m20的源極、r11的一端以及r12的一端相連并接電源電壓,m11的柵極接電流信號(hào)i2l,r11的另一端與m17的源極相連,m17的柵極與m19的柵極以及r13的一端相連,r13的另一端與m17的漏極以及m15的漏極相連,m19的漏極與m21的漏極以及m21的柵極相連生成電流信號(hào)i3l,m21的源極與r15的一端相連,m11的漏極與m13的漏極、m13的柵極以及m15的柵極相連,m12的柵極接電流信號(hào)i2h,r12的另一端與m18的源極相連,m18的柵極與m20的柵極以及r14的一端相連,r14的另一端與m18的漏極以及m16的漏極相連,m20的漏極與m22的漏極以及m22的柵極相連生成電流信號(hào)i3h,m22的源極與r16的一端相連,r16的另一端接輸出電壓,m12的漏極與m14的漏極、m14的柵極以及m16的柵極相連,m16的源極與m14的源極、m13的源極、m15的源極以及r15的另一端相連并接地。
11、優(yōu)選地,所述多路電流鏡像模塊還包含有死區(qū)控制電路,其由兩個(gè)偏置電流源i5和i6組成,i5的輸入端與m11的漏極相連,i6的輸入端與m12的漏極相連,i5的輸出端與i6的輸出端相連并接地;通過設(shè)置了一定的死區(qū)電流,能夠避免因電流拷貝偏差導(dǎo)致的高低邊功率管同時(shí)導(dǎo)通。
12、進(jìn)一步地,所述補(bǔ)償模塊包括四個(gè)pmos管m1~m4、兩個(gè)電流源i3~i4以及電容c1,其中m1的源極與m2的源極、m3的源極以及m4的源極相連并接電源電壓,m3的柵極與m1的柵極、m3的漏極以及i3的輸入端相連,m1的漏極接誤差電流iq3,m4的柵極與m2的柵極、m4的漏極、c1的一端以及i4的輸入端相連,m2的漏極接誤差電流iq4,c1的另一端接輸出電壓,i3的輸出端與i4的輸出端相連并接地。
13、進(jìn)一步地,所述功率管模塊包括高邊功率管和低邊功率管,其中高邊功率管的柵極接電流信號(hào)i3h,高邊功率管的漏極接供電電壓,高邊功率管的源極與低邊功率管的漏極相連并產(chǎn)生輸出電壓,低邊功率管的柵極接電流信號(hào)i3l,低邊功率管的源極接地。
14、基于上述技術(shù)方案,本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果:
15、1.?帶載能力強(qiáng);本發(fā)明使用高邊功率管和低邊功率管分別為負(fù)載提供最高3a的拉電流和灌電流,具有較強(qiáng)的帶載能力。
16、2.?瞬態(tài)響應(yīng)速度快;本發(fā)明使用gm驅(qū)動(dòng)型誤差放大器,電路帶寬很大,系統(tǒng)具有較快的瞬態(tài)響應(yīng)速度。
17、3.?輸出電壓穩(wěn)定;本發(fā)明中電路內(nèi)部非主極點(diǎn)頻率均較高,相位裕度較大,能在寬負(fù)載范圍內(nèi)穩(wěn)定輸出額定電壓。