專(zhuān)利名稱(chēng)：寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓器，特別是一種具有寬輸出電流范圍的低 壓差線性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前對(duì)高性能供電電路的需求使得穩(wěn)壓器設(shè)備持續(xù)發(fā)展。許多低壓產(chǎn)品，
諸如筆記本電腦、手機(jī)、移動(dòng)DVD、 MP3、照相機(jī)等采用移動(dòng)電池的設(shè)備，都需 使用低壓差(LD0)穩(wěn)壓器。這些便攜式電子設(shè)備通常需要低壓降和小靜態(tài)電流 來(lái)增加電池的功效和壽命。
通常，LDO穩(wěn)壓器提供特定的直流穩(wěn)定電壓，該電壓的輸入與輸出間的電壓 差較小。LDO穩(wěn)壓器常用于給電路提供所需電源。典型的低壓差穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)示意 圖如圖l所示，LDO穩(wěn)壓器通常是誤差放大器、驅(qū)動(dòng)元件兩個(gè)元件串聯(lián)連接。誤 差放大器連接到LDO穩(wěn)壓器的一個(gè)輸入端，驅(qū)動(dòng)元件連接到LD0穩(wěn)壓器的一個(gè) 輸出端，從而驅(qū)動(dòng)元件能夠驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。通常還提供反饋電路給LDO穩(wěn)壓器， 通過(guò)分壓器將分壓的輸出電壓反饋到誤差放大器。
如今低壓差線性穩(wěn)壓器越來(lái)越廣泛地用于各種電子設(shè)備中，而隨著低壓差 線性穩(wěn)壓器的廣泛應(yīng)用，不論是在設(shè)計(jì)上，還是在工業(yè)生產(chǎn)中，我們對(duì)低壓差 線性穩(wěn)壓器的要求越來(lái)越高。穩(wěn)壓器的負(fù)載范圍、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等指標(biāo)都 要求我們達(dá)到。其中低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性問(wèn)題至關(guān)重要。
在典型的低壓差線性穩(wěn)壓器中，主極點(diǎn)fO位于穩(wěn)壓器輸出端，第一非主極
點(diǎn)fl位于驅(qū)動(dòng)元件的柵極。第一非主極點(diǎn)由誤差放大器的輸出阻抗和驅(qū)動(dòng)元件 的柵極寄生電容決定，當(dāng)誤差放大器的輸出阻抗和驅(qū)動(dòng)元件尺寸設(shè)計(jì)不合理時(shí)， 低壓差線性穩(wěn)壓器的主極點(diǎn)和第一非主極點(diǎn)將會(huì)靠的很近，這種情況下，低壓 差線性穩(wěn)壓器是不穩(wěn)定的。除了上述因低壓差線性穩(wěn)壓器自身設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致 低壓差線性穩(wěn)壓器不穩(wěn)定外，輸出電流的大小變化也會(huì)使低壓差線性穩(wěn)壓器變 的不穩(wěn)定。
典型的低壓差線性穩(wěn)壓器作為一個(gè)電壓源，流過(guò)驅(qū)動(dòng)元件的大部分電流流
向負(fù)載，即A^7o，所以主極點(diǎn)頻率
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可見(jiàn)，低壓差線性穩(wěn)壓器的主極點(diǎn)頻率fo隨負(fù)載電流i,的變化而變化，負(fù)載電
流越大，主極點(diǎn)頻率越遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)；負(fù)載電流越小，主極點(diǎn)頻率越靠近左邊 原點(diǎn)。通常低壓差線性穩(wěn)壓器在空載和滿載兩種極限工作情況下，負(fù)載電流的 變化范圍很大，結(jié)果導(dǎo)致了低壓差線性穩(wěn)壓器的主極點(diǎn)頻率位置也在發(fā)生大范 圍變化，從而會(huì)導(dǎo)致低壓差線性穩(wěn)壓器工作不穩(wěn)定。
典型的低壓差線性穩(wěn)壓器是一個(gè)內(nèi)在、外在都不穩(wěn)定的系統(tǒng)，尤其是負(fù)載 電流的變化對(duì)低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)定性的影響更是難以預(yù)測(cè)。圖1給出了現(xiàn)有 的一種典型的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。該電路由誤差放大器101、驅(qū)動(dòng) 元件103、反饋電路104、負(fù)載電容105以及負(fù)載電阻106組成。低壓差線性穩(wěn) 壓器的輸出電壓經(jīng)反饋電路104采樣后產(chǎn)生反饋電壓I麗。參考電壓INP和反饋 電壓INN分別連接至誤差放大器101的同相輸入端和反相輸入端，其電壓差值 經(jīng)誤差放大器101放大后產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)元件103的工作狀態(tài)，從而確保低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓在電源電壓、工作溫度、 負(fù)載條件變化時(shí)仍為標(biāo)稱(chēng)值。
圖1所示的系統(tǒng)中，存在兩個(gè)低頻極點(diǎn)， 一個(gè)位于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸
出端，另一個(gè)位于驅(qū)動(dòng)元件103柵極處。主極點(diǎn)由負(fù)載電容105和負(fù)載電阻106 形成，第一非主極點(diǎn)由驅(qū)動(dòng)元件103的柵電容和誤差放大器101的輸出阻抗形 成。由于低壓差線性穩(wěn)壓器需要驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載電流，因此驅(qū)動(dòng)元件103的尺 寸較大，其柵電容也較大，使得第一非主極點(diǎn)位于低頻。大約在極點(diǎn)頻率的十 分之一處相位就開(kāi)始變化，而幅值則是在極點(diǎn)頻率附近才下降，極點(diǎn)對(duì)相位的 影響比對(duì)幅值的影響大。由于主極點(diǎn)頻率隨輸出電流變化而變化，并且有兩個(gè) 低頻極點(diǎn)存在，相位交點(diǎn)很可能發(fā)生在增益交點(diǎn)之前，這個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)潛在的 不穩(wěn)定系統(tǒng)。
圖2給出了現(xiàn)有的一種傳統(tǒng)的帶頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)示意 圖。該電路與圖l所示電路的區(qū)別在于該電路增加了緩沖電路102，緩沖電路 102的輸入端連接到誤差放大器101的輸出端，緩沖電路102的輸出端連接到驅(qū) 動(dòng)元件103的輸入端；此外所使用的負(fù)載電容105具有很小的等效串聯(lián)電阻， 即本發(fā)明中所提出的負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105，其余部分與圖1相同。 圖中，誤差放大器101按照習(xí)慣標(biāo)示元件為0PA,緩沖電流102則標(biāo)示為BUF。
圖2所示的系統(tǒng)中，存在一個(gè)低頻極點(diǎn)，該主極點(diǎn)位于低壓差線性穩(wěn)壓器 的輸出端，該極點(diǎn)由負(fù)載電容和負(fù)載電阻形成。存在一個(gè)中頻極點(diǎn)，作為第一 非主極點(diǎn)的中頻極點(diǎn)位于誤差放大器101和緩沖電路102之間。因?yàn)榫彌_電路 有輸入阻抗大、輸出阻抗小的特征，并且緩沖電路102的輸入電容較驅(qū)動(dòng)元件 103的柵極電容小很多，所以原來(lái)的低頻第一非主極點(diǎn)在加入緩沖電路102后，被一個(gè)中頻第一非主極點(diǎn)和一個(gè)高頻極點(diǎn)替代，高頻極點(diǎn)位于緩沖電路102和 驅(qū)動(dòng)元件103之間，另外其它寄生電容也會(huì)產(chǎn)生高頻極點(diǎn)。因?yàn)橹鳂O點(diǎn)頻率隨 負(fù)載電流變化而變化，導(dǎo)致主極點(diǎn)距離第一非主極點(diǎn)可能較近，再加上第二、 第三非主極點(diǎn)的存在，系統(tǒng)是一個(gè)潛在的不穩(wěn)定系統(tǒng)。
為保證低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定工作，圖2所示電路使用的一種負(fù)載電容 等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105，是利用負(fù)載電容和它的等效串聯(lián)電阻產(chǎn)生一個(gè)中頻 零點(diǎn)，該零點(diǎn)用來(lái)抵消第一非主極點(diǎn)，而除主極點(diǎn)之外的其余極點(diǎn)在單位增益 帶寬之外，從而保證系統(tǒng)的相位裕度大于45度。
圖2所示電路中，由于受限于第二非主極點(diǎn)和第三非主極點(diǎn)的位置，低壓
差線性穩(wěn)壓器的單位增益帶寬較窄。較窄的單位增益帶寬不僅導(dǎo)致系統(tǒng)的響應(yīng)
速度變慢，而且限制了系統(tǒng)的直流增益，若低壓差線性穩(wěn)壓器的直流增益低，
其輸出電壓精度也相應(yīng)降低。由于受工作條件、制造工藝變化和模型準(zhǔn)確程度
等的限制，在電路設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法精確計(jì)算第二非主極點(diǎn)和第三非主極點(diǎn)的位置，
這就增加了頻率補(bǔ)償?shù)碾y度。為確保所設(shè)計(jì)的電路能夠穩(wěn)定工作，通常需要進(jìn) 一步犧牲其他性能。
可見(jiàn)，為了使低壓差線性穩(wěn)壓器能穩(wěn)定、可靠地工作，在低壓差線性穩(wěn)壓 器設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償設(shè)計(jì)。低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)定性不足，不 論在設(shè)計(jì)上，還是在工業(yè)生產(chǎn)中，都要求其改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的低 壓差線性穩(wěn)壓器，拓展了低壓差線性穩(wěn)壓器的單位增益帶寬，改善了系統(tǒng)的相 位裕度，極大地提高了低壓差線性穩(wěn)壓器在輸出電流變化范圍較大時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)
定性。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是由誤差放大器、緩沖電路、驅(qū)動(dòng)元件、反饋電 路以及補(bǔ)償電路組成，誤差放大器設(shè)有預(yù)置電壓輸入端和反饋電壓輸入端，誤 差放大器的輸出端連接緩沖電路的輸入端，緩沖電路的輸出端連接驅(qū)動(dòng)元件的 輸入端，驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端連接反饋電路，反饋電路分壓所得反饋電壓輸 送至誤差放大器的反饋電壓輸入端，其特征在于所述誤差放大器采用折疊共 源共柵結(jié)構(gòu)；所述補(bǔ)償電路由跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路和負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ) 償電路組成，跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路的一端與誤差放大器相連接，另一端跨過(guò)兩 級(jí)或者以上放大后連接在驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端，負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償 電路的一端連接在驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端，另一端與地電壓相連接。
而且，所述誤差放大器采用折疊共源共柵運(yùn)算跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)，即由差分 輸入電路、共柵放大電路和單端輸出電路組成，
所述差分輸入電路包括PMOS差分放大器電路和電流源，電流源耦接到電
源電壓VDDA,并輸出電流到PMOS差分放大器電路；所述PMOS差分放大器 電路包括第一差分輸入PMOS晶體管MP1A和第二差分輸入PMOS晶體管 MP1B，，第一差分輸入PM0S晶體管MP1A和第二差分輸入PMOS晶體管MP1B的 源極相連；反饋電壓接入第一差分輸入PM0S晶體管MP1A的柵極，預(yù)置電壓接 入第二差分輸入PM0S晶體管MP1B的柵極；第一差分輸入PM0S晶體管MP1A的 漏極電流輸出到第一差分輸出端IN1，第二差分輸入PM0S晶體管MP1B的漏極電 流輸出到第二差分輸出端IN2;
所述共柵放大電路包括第一電流鏡腿0S晶體管麗3A、第二電流鏡麗0S晶體 管麗3B、第一共柵放大麗0S晶體管麗2A和第二共柵放大麗0S晶體管麗2B;第一電流鏡固0S晶體管廳3A的源極連接在地電壓GNDA，漏極連接到第一差分 輸出端IN1，柵極輸入為第五偏壓Vbias5;第二電流鏡麗0S晶體管MN3B的源 極連接在地電壓GNDA，漏極連接到第二差分輸出端IN2，柵極輸入為第五偏壓 Vbias5;第一共柵放大雨0S晶體管麗2A的源極連接到第一差分輸出端IN1，漏 極連接到第一節(jié)點(diǎn)N1，柵極輸入為第四偏壓Vbias4;第二共柵放大應(yīng)OS晶體 管MN2B的源極連接到第二差分輸出端IN2，漏極連接到誤差放大器的輸出端， 柵極輸入為第四偏壓Vbias4。
所述單端輸出電路包括第一電流鏡PMOS晶體管MP2A、第二電流鏡PMOS晶體 管MP2B、第三電流鏡PMOS晶體管MP3A和第四電流鏡PMOS晶體管MP3B;第一 電流鏡PMOS晶體管MP2A的源極連接在電源電壓VDDA，漏極連接到第三電流鏡 PMOS晶體管MP3A的源極，柵極連接到第一節(jié)點(diǎn)Nl;第二電流鏡PMOS晶體管MP2B 的源極連接在電源電壓VDDA，漏極連接到第四電流鏡PMOS晶體管MP3B的源極， 柵極連接到第一節(jié)點(diǎn)Nl;第三電流鏡PMOS晶體管MP3A源極連接到第一電流鏡 PMOS晶體管MP2A的漏極，漏極連接到第一節(jié)點(diǎn)Nl ，柵極輸入為第三偏壓Vbias3; 第四電流鏡PMOS晶體管MP3B的源極連接到第二電流鏡PMOS晶體管MP2B的漏 極，漏極連接到誤差放大器的輸出端，柵極輸入為第三偏壓Vbias3;
而且，所述驅(qū)動(dòng)元件包括有第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT，第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶 體管MPOUT的柵極連接到緩沖電路的輸出端，源極連接在電源電壓VDDA，漏極 提供驅(qū)動(dòng)輸出端。
而且，所述緩沖電路由源跟隨器電路和電流感應(yīng)電路構(gòu)成，電流感應(yīng)電路 的輸入端連接到驅(qū)動(dòng)元件，電流感應(yīng)電路的輸出端連接到源跟隨器電路的輸出 端；所述源跟隨器電路采用PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1; PMOS
晶體管MPSF的柵極連接到誤差放大器的輸出端，源極連接到驅(qū)動(dòng)元件，漏極 連接到地電壓GNDA;直流偏置晶體管MPB1的漏極連接PMOS晶體管MPSF
的源極。
而且，PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1的寬長(zhǎng)比小于第一驅(qū) 動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的寬長(zhǎng)比，且大于低壓差線性穩(wěn)壓器中其它晶體管的 寬長(zhǎng)比。
而且，所述跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路采用第一補(bǔ)償電容器C1，第一補(bǔ)償電容器 CI跨三級(jí)放大連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極和第二共柵放大 NMOS晶體管MN2B的源極之間；
所述負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路包括第一負(fù)載電容CL和第一等效串聯(lián)電 阻RO，第一等效串聯(lián)電阻RO是第一負(fù)載電容CL的等效串聯(lián)電阻，第一負(fù)載 電容CL 一端連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極，另一端與第一等 效串聯(lián)電阻R0相連接；第一等效串聯(lián)電阻RO —端與第一負(fù)載電容CL相連接， 另一端連接在地電壓GNDA。
而且，所述補(bǔ)償電路中的負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路采用外置結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供了具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，采用折疊共源 共柵結(jié)構(gòu)作為誤差放大器，在充分利用負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻進(jìn)行頻率補(bǔ)償?shù)?同時(shí)，采用了跨多級(jí)密勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)極大的增加了主極點(diǎn)和第一非主極 點(diǎn)的距離，并且在主極點(diǎn)和第一非主極點(diǎn)之間存在一個(gè)零點(diǎn)，而其它寄生極點(diǎn) 被推到了單位增益帶寬以外。并且，加入合理尺寸的源跟隨器作為緩沖電路， 可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明拓寬了低壓差線性穩(wěn)壓器的單位增益帶寬， 改善了低壓差線性穩(wěn)壓器的相位裕度，極大地提高了低壓差線性穩(wěn)壓器在輸出
電流變化范圍較大時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高了低壓差線性穩(wěn)壓器的性能。
圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種傳統(tǒng)的帶頻率補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu) 示意圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路； 圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例在輸出電流正常情況下的頻率響應(yīng)圖； 圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例在輸出電流較大情況下的頻率響應(yīng)圖； 圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例在輸出電流較小情況下的頻率響應(yīng)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)典型的低壓差線性穩(wěn)壓器在穩(wěn)定性等方面存在的不足，提 出了一種在輸出電流變化范圍較大時(shí)，仍具有85度以上的相位裕度，系統(tǒng)可以 穩(wěn)定工作的電路結(jié)構(gòu)。圖3給出了本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，提供了一種具 有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，為了便于清晰表現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方 案，圖l、圖2、圖3的相應(yīng)元件用了統(tǒng)一符號(hào)。該電路由誤差放大器101、緩 沖電路102、驅(qū)動(dòng)元件103、反饋電路104、負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105、 負(fù)載電阻106和跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路107組成。誤差放大器101是折疊共源共 柵結(jié)構(gòu)，由差分輸入電路、共柵放大電路和單端輸出電路組成，誤差放大器101 的同相輸入端(即預(yù)置電壓輸入端)和反相輸入端(即反饋電壓輸出端)分別 連接到參考電壓INP和輸出電壓經(jīng)反饋電路104采樣后產(chǎn)生的反饋電壓I麗，誤 差放大器的輸出端連接到緩沖電路102的輸入端；由緩沖電路產(chǎn)生一個(gè)控制信
號(hào)，該控制信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)元件103的工作狀態(tài)；輸出信號(hào)由驅(qū)動(dòng)元件103 的驅(qū)動(dòng)輸出端OUT送出；負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105 —端連接到驅(qū)動(dòng) 元件103的驅(qū)動(dòng)輸出端OUT, —端連接到地電壓GNDA;跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路107 一端連接到誤差放大器101的同相差分輸入管的輸出端，跨誤差放大器101的 共柵放大、緩沖電路102和驅(qū)動(dòng)元件103三級(jí)，另一端連接到驅(qū)動(dòng)元件103的 驅(qū)動(dòng)輸出端OUT?？缍嗉?jí)意味著是兩級(jí)或兩級(jí)以上，只要連接方式科學(xué)， 一般來(lái) 說(shuō)，跨得級(jí)數(shù)越多，所需電容越小，節(jié)省芯片面積。本發(fā)明實(shí)施例的跨多級(jí)密 勒補(bǔ)償電路107為三級(jí)，具體實(shí)施時(shí)也可根據(jù)電路構(gòu)成情況選擇二級(jí)、四級(jí)等。 例如在本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改采用二級(jí)，只需將跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電 路107 —端連接到驅(qū)動(dòng)輸出端OUT,另一端連接到誤差放大器101與緩沖電路 102之間，這樣只是需要的補(bǔ)償電容較大，效果略差于跨三級(jí)的情況。
圖3所示電路中，存在一個(gè)低頻極點(diǎn)，位于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端， 因負(fù)載電容較大，由負(fù)載電容和輸出阻抗產(chǎn)生的低頻極點(diǎn)為主極點(diǎn)；存在一個(gè) 中頻極點(diǎn)，位于誤差放大器101和緩沖電路102之間，因折疊共源共柵結(jié)構(gòu)的 誤差放大器輸出阻抗較大，由誤差放大器輸出阻抗和緩沖電路的輸入電容產(chǎn)生 的中頻極點(diǎn)為第一非主極點(diǎn)；存在一個(gè)中頻零點(diǎn)，位于低壓差線性穩(wěn)壓器的輸 出端，因輸出負(fù)載電容很大，由輸出負(fù)載電容和其等效串聯(lián)電阻產(chǎn)生一個(gè)中頻 零點(diǎn)，該中頻零點(diǎn)用來(lái)抵消第一非主極點(diǎn)；存在一個(gè)中高頻極點(diǎn)，位于誤差放 大器101同相差分輸入管的輸出端，因跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電容在該點(diǎn)的等效電容 較大，由跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電容和同相差分輸入管的輸出阻抗產(chǎn)生一個(gè)中高頻極 點(diǎn)，即第二非主極點(diǎn)；存在一個(gè)中高頻零點(diǎn)，位于誤差放大器101和緩沖電路 102之間，由跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電容在同相差分輸入管輸出端的等效電容和共柵放
大管的漏源等效阻抗產(chǎn)生一個(gè)中高頻零點(diǎn)，該零點(diǎn)略大于第二非主極點(diǎn)；其他
高頻極零點(diǎn)位于單位增益帶寬之外。
由圖3電路零極點(diǎn)分布可知，第一非主極點(diǎn)被輸出端產(chǎn)生的中頻零點(diǎn)抵消； 因第二非主極點(diǎn)距離主極點(diǎn)較遠(yuǎn)且位置固定，主極點(diǎn)頻率隨輸出電流變化而變 化不會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來(lái)影響；有一個(gè)略小于第二非主極點(diǎn)的零點(diǎn)存在，可以 改善相位裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；其他非主極點(diǎn)位于高頻端，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定 性夠成威脅。所以本系統(tǒng)的相位裕度較大，低壓差線性穩(wěn)壓器在輸出電流變化 范圍較大時(shí)穩(wěn)定性較好。
圖4給出了本發(fā)明實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路。該電路是圖3結(jié)構(gòu)示意圖 的具體實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)，該電路由誤差放大器IOI、緩沖電路102、驅(qū)動(dòng)元件103、 反饋電路104、負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105、負(fù)載電阻106和跨多級(jí)密 勒補(bǔ)償電路107組成。各單元之間的連接關(guān)系在對(duì)圖3進(jìn)行說(shuō)明時(shí)已闡述清楚， 下面將具體說(shuō)明各單元的結(jié)構(gòu)功能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題。
誤差放大器101采用折疊共源共柵運(yùn)算跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)，即由差分輸入電 路、共柵放大電路和單端輸出電路組成。差分輸入電路只對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大， 而對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行抑制，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并具有溫漂小、級(jí)與級(jí)之間 很容易直接耦合等優(yōu)點(diǎn)。為了提高誤差放大器的增益，采用共源共柵結(jié)構(gòu)，CMOS 共源共柵結(jié)構(gòu)有套筒和折疊兩種結(jié)構(gòu)形式。套筒結(jié)構(gòu)具有頻率特性好、功耗低 等特點(diǎn)，然而在低電源電壓下，其輸出擺幅和共模輸入范圍難以達(dá)到預(yù)期要求。 從應(yīng)用角度出發(fā)，本發(fā)明的誤差放大器將在低電源電壓下工作，要求盡可能快 的速度，較大的輸出擺幅和輸入共模范圍，因此采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。另外， 采用PMOS作為輸入級(jí)，可以做到輸入共模電壓最低可至地電壓GNDA，符合
低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)思想，且可使誤差放大器具有較低的噪聲。PMOS晶體 管MP1A、 MP1B為差分輸入對(duì)管，麗0S晶體管,2A、 MN2B為共柵放大管，晶體 管MP1A、 MP1B和麗2A、麗2B形成輸入折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。PMOS晶體管MP2A、 MP2B、 MP3A、 MP3B構(gòu)成共源共柵電流鏡，不但用于把雙端輸出轉(zhuǎn)化為單端輸出， 而且還可以大幅度提高誤差放大器101的輸出阻抗，從而有利于提高誤差放大 器101的增益。圖4提供的實(shí)施例電路上所標(biāo)出的第一至第五偏壓Vbiasl 5是 電流源電路，用來(lái)為主電路中的偏置電流源提供穩(wěn)定合理的柵極電壓。這些偏 壓可以為相應(yīng)MOS器件提供正確的柵極電壓，從而使相應(yīng)MOS器件構(gòu)成的電流 源有穩(wěn)定準(zhǔn)確的電流提供給主工作電路。
緩沖電路102由源跟隨器和電流感應(yīng)電路構(gòu)成。源跟隨器連接于誤差放大器101 和驅(qū)動(dòng)元件103之間，起緩沖隔離作用。誤差放大器IOI的輸出阻抗很高，而 驅(qū)動(dòng)元件103因要驅(qū)動(dòng)較大的電流負(fù)載尺寸較大，導(dǎo)致柵電容較大，如果誤差 放大器101和驅(qū)動(dòng)元件103直接相連接，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低頻極點(diǎn)，而低壓差穩(wěn) 壓器因負(fù)載大電容的存在也必將在輸出端產(chǎn)生一個(gè)低頻極點(diǎn)，兩個(gè)低頻極點(diǎn)的 存在容易致使系統(tǒng)不穩(wěn)定。所以在誤差放大器101和驅(qū)動(dòng)元件103之間增加一 個(gè)源跟隨器起緩沖作用。源跟隨器利用柵極接收信號(hào)，利用源極驅(qū)動(dòng)負(fù)載，使 源極電勢(shì)能跟隨柵壓。源跟隨器表現(xiàn)出較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗。其 輸出阻抗跟其跨導(dǎo)成反比，而其跨導(dǎo)和晶體管的寬長(zhǎng)比成正比，適當(dāng)增加源跟 隨器的寬長(zhǎng)比不但可以減小源跟隨器本身的輸出阻抗，同時(shí)也可以增強(qiáng)其輸出 控制信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)元件103的調(diào)節(jié)作用，有利于驅(qū)動(dòng)元件103正常工作，不至于 過(guò)早進(jìn)入截止區(qū)。在源跟隨器的緩沖隔離作用下，適當(dāng)選擇源跟隨器的尺寸大 小，可以將原來(lái)誤差放大器101和驅(qū)動(dòng)元件103之間產(chǎn)生的低頻極點(diǎn)轉(zhuǎn)化為一
個(gè)中頻極點(diǎn)和一個(gè)高頻極點(diǎn)，因誤差放大器101輸出阻抗較高，源跟隨器柵電
容相對(duì)較小，源跟隨器輸出阻抗很小，所以中頻極點(diǎn)位于誤差放大器101和源
跟隨器之間，高頻極點(diǎn)位于源跟隨器和驅(qū)動(dòng)元件之間。本發(fā)明實(shí)施例的源跟隨
器電路采用PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1，還提供了電流感應(yīng) 電路，電流感應(yīng)電路由PMOS晶體管MPDEC0、 MPDEC1、 MPDEC2和NM0S晶體管 麗DEC1、麗DEC2構(gòu)成，電流感應(yīng)電路用來(lái)改善低壓差線性穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)特 性。因電流感應(yīng)電路具體實(shí)現(xiàn)方式有多種選擇，而本發(fā)明實(shí)施例中的電流感應(yīng) 電路部分的具體連接在圖4中的緩沖電路102處已有體現(xiàn)，在此不再贅述。一 般來(lái)說(shuō)，所述PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1采用的寬長(zhǎng)比小于 第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的寬長(zhǎng)比，且大于低壓差線性穩(wěn)壓器中其它晶 體管的寬長(zhǎng)比。具體實(shí)施時(shí)，可以選擇PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管 MPB1的寬長(zhǎng)比為第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的寬長(zhǎng)比1/10左右，是低壓 差線性穩(wěn)壓器中其它晶體管的寬長(zhǎng)比10倍左右。例如，選取第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶 體管MPOUT的寬長(zhǎng)比數(shù)值為W=20 L = 2 Num=400， PMOS晶體管MPSF的 寬長(zhǎng)比數(shù)值為W=15L = 4Num=56。
驅(qū)動(dòng)元件103的具體實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單，可以采用第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT， 第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的柵極連接緩沖電路102的輸出端，源極連接到電 源電壓VDDA，漏極提供驅(qū)動(dòng)輸出端OUT。驅(qū)動(dòng)元件因?yàn)橐?qū)動(dòng)較大的負(fù)載電流， 所以尺寸較大，柵電容也較大。低壓差線性穩(wěn)壓器的負(fù)載電流可以在較大范圍 內(nèi)變化，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)元件的輸出阻抗也有較大變化，結(jié)果主極點(diǎn)頻率會(huì)隨負(fù) 載電流的變化而變化。
本發(fā)明還提供了反饋電路140的具體設(shè)計(jì)反饋電路104包括有第一反饋
電阻Rl和第二反饋電阻R2，第一反饋電阻Rl連接到所述第一驅(qū)動(dòng)PM0S晶體管 MP0UT的漏極和所述誤差放大器101的反饋電壓輸入端之間，第二反饋電阻R2 連接到地電壓GNDA和所述誤差放大器101的反饋電壓輸入端之間。
負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路105由負(fù)載大電容和其等效串聯(lián)電阻串聯(lián) 連接組成。負(fù)載大電容一端連接到低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，另一端與等效 串聯(lián)電阻相連接；等效串聯(lián)電阻一端與負(fù)載電容相連接，另一端連接到地電壓 GNDA。負(fù)載電容取值為10uF，較大的負(fù)載電容值可以把主極點(diǎn)向低頻推進(jìn)，使 主極點(diǎn)盡可能地遠(yuǎn)離第二非主極點(diǎn)，從而使增益交點(diǎn)向里推進(jìn)，增加相位裕度， 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。等效串聯(lián)電阻和負(fù)載電容串聯(lián)產(chǎn)生一個(gè)中頻零點(diǎn)，可以抵消 第一非主極點(diǎn)，從而減少極點(diǎn)數(shù)，使相位交點(diǎn)向外推進(jìn)，增加相位裕度，提高 系統(tǒng)穩(wěn)定性。
本發(fā)明還著重提出了跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路107。密勒補(bǔ)償電容Cc 一端連接 到誤差放大器101 —差分輸入晶體管MP1B的漏極，另一端經(jīng)誤差放大器101的 共柵放大晶體管麗2B、緩沖電路102中源跟隨器PM0S晶體管MPSF和驅(qū)動(dòng)元件 103 PM0S晶體管MP0UT共三級(jí)放大，連接到低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端?？缍?級(jí)密勒補(bǔ)償可以大幅度減小補(bǔ)償電容的值，節(jié)省可觀的芯片面積，同提供大得 多的帶寬，改善相位裕度，同時(shí)在本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)電路中還可以產(chǎn)生中高頻零 點(diǎn)，在發(fā)明的具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器的系統(tǒng)穩(wěn)定性中起著 至關(guān)重要的作用，效果非常明顯。
圖4作為本發(fā)明實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路，系統(tǒng)中極零點(diǎn)分布決定了系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。
在低壓差線性穩(wěn)壓器中，輸出端產(chǎn)生一個(gè)低頻極點(diǎn)，即主極點(diǎn)P0，對(duì)電路
分析可知
<formula>formula see original document page 19</formula>其中r。是驅(qū)動(dòng)元件103的漏極輸出阻抗，G是負(fù)載電容，I^是負(fù)載電阻；誤差放 大器101的輸出阻抗較大，緩沖電路103的輸入電容因源跟隨器MPSF的尺寸較 大而相對(duì)較大，在誤差放大器101和緩沖電路102之間產(chǎn)生一個(gè)中頻極點(diǎn)，即 第一非主極點(diǎn)P1，設(shè)誤差放大器輸出阻抗為R1，緩沖電路的輸入柵電容為C1， 則有
<formula>formula see original document page 19</formula>
由負(fù)載電容CL和其等效串聯(lián)電阻R0產(chǎn)生一個(gè)中頻零點(diǎn)Zl:
設(shè)共柵放大晶體管麗2B的增益為A1，源跟隨器晶體管MPSF的增益為A2，驅(qū)動(dòng) 元件晶體管MP0UT的增益為-A3，則跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電容Cc在差分輸入晶體管 MP1B的漏極等效接地電容為1-A1A2(-A3)Cc，設(shè)其為Ca。進(jìn)行小信號(hào)分析時(shí)， 差分輸入晶體管MP1B的漏極的對(duì)地阻抗為MP1B的漏極電阻r(訓(xùn)與電流源麗3B 的漏極電阻r。:,B并聯(lián)，共柵放大級(jí)晶體管顧2B的漏源電阻為r。2B， 一個(gè)中高頻極 點(diǎn)在差分輸入晶體管MP1B的漏極處產(chǎn)生，即第二非主極點(diǎn)P2:
<formula>formula see original document page 19</formula>進(jìn)行小信號(hào)分析時(shí)，在誤差放大器101和緩沖電路102之間r。2B與Ca串聯(lián)接地，
產(chǎn)生一個(gè)中高頻零點(diǎn)Z2:
<formula>formula see original document page 20</formula>
該零點(diǎn)略小于第二非主極點(diǎn)P2;其它寄生電容產(chǎn)生的極零點(diǎn)都位于高頻端，對(duì) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有影響。
因?yàn)镃L值較大，所以主極點(diǎn)P0向低頻端推進(jìn)，使增益交點(diǎn)向里推進(jìn)；合 理調(diào)整晶體管參數(shù)，中頻Z1和第一非主極點(diǎn)P1相抵消；因P2在中高頻端，并
且P2值是固定的，所以P2距離P0較遠(yuǎn)，這樣不但減少了單位增益帶寬內(nèi)的極 點(diǎn)數(shù)，同時(shí)增加了單位增益帶寬；在主極點(diǎn)和P2之間有另外一個(gè)零點(diǎn)Z2，它比 較靠近P2，可以改善相位裕度。這樣不但主極點(diǎn)P0距離第二非主極點(diǎn)P2較遠(yuǎn) 并且在非主極點(diǎn)到來(lái)之前有一個(gè)零點(diǎn)Z2，實(shí)現(xiàn)了把總的相移減至最少，使相位 交點(diǎn)向外推進(jìn)，同時(shí)增益交點(diǎn)向里推進(jìn)。所以在較大電流變化范圍內(nèi)，在單位 增益帶寬較大的前提下，相位裕度都達(dá)到了85度以上，系統(tǒng)非常穩(wěn)定。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明在輸出電流變化范圍較大的情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定效 果，本發(fā)明實(shí)施例分別在輸出電流正常、輸出電流較大和輸出電流較小三種情 況下用Hspice軟件對(duì)圖4所示電路的頻率響應(yīng)進(jìn)行了仿真。
當(dāng)輸出電流為25raA，即輸出電流正常時(shí)，預(yù)置電壓輸入端采用一直流電壓 為2.5V交流電壓為IV的電壓源，反饋電壓輸入端連接一大電容接地，連接一 大電感到驅(qū)動(dòng)元件103的驅(qū)動(dòng)輸出端0UT，輸出負(fù)載為100歐電阻與10uF電容 并聯(lián)連接，負(fù)載電容的等效串聯(lián)電阻為1歐。圖5為本發(fā)明具有較大輸出電流 范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器電路在輸出電流正常時(shí)的頻率響應(yīng)圖。其中，左標(biāo)尺 代表相位，單位是度；右標(biāo)尺代表幅度，單位是分貝；下標(biāo)尺代表頻率，單位
是赫茲。圖5中，點(diǎn)線為相頻曲線，叉線為幅頻曲線。分析該圖可知首先， 從該頻率響應(yīng)的曲線圖可以很明顯地看到，該系統(tǒng)不存在右半平面的極點(diǎn)，單
位增益帶寬較寬，低頻增益較高；其次，在0dB以上系統(tǒng)的相位偏移最大為90 度左右，相應(yīng)的相位裕度達(dá)到近90度，大于要求的45度；再次，在單位增益 帶寬內(nèi)，有一個(gè)沒(méi)有被抵消掉的零點(diǎn)Z2，致使包括P2在內(nèi)的非主極點(diǎn)都被推進(jìn) 到單位增益帶寬以外了，很明顯，這樣的系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。
當(dāng)輸出電流為310mA，即輸出電流較大時(shí)，預(yù)置電壓輸入端采用一直流電壓 為2.5V交流電壓為IV的電壓源，反饋電壓輸入端連接一大電容接地，連接一 大電感到驅(qū)動(dòng)元件103的驅(qū)動(dòng)輸出端OUT,輸出負(fù)載為8歐電阻與10uF電容并 聯(lián)連接，負(fù)載電容的等效串聯(lián)電阻為1歐。圖6為本發(fā)明具有較大輸出電流范 圍的低壓差線性穩(wěn)壓器電路在輸出電流較大時(shí)的頻率響應(yīng)圖。其中，左標(biāo)尺代 表相位，單位是度；右標(biāo)尺代表幅度，單位是分貝；下標(biāo)尺代表頻率，單位是 赫茲。圖6中，點(diǎn)線為相頻曲線，叉線為幅頻曲線。分析該圖可知首先，從 該頻率響應(yīng)的曲線圖可以很明顯地看到，該系統(tǒng)不存在右半平面的極點(diǎn)，單位 增益帶寬較寬，低頻增益較高；其次，在0dB以上系統(tǒng)的相位偏移最大為90度 左右，相應(yīng)的相位裕度達(dá)到近90度，大于要求的45度；再次，在單位增益帶 寬內(nèi)，有一個(gè)沒(méi)有被抵消掉的零點(diǎn)Z2，致使包括P2在內(nèi)的非主極點(diǎn)都被推進(jìn)到 單位增益帶寬以外了；最后，雖然主極點(diǎn)因?yàn)檩敵鲭娏鬏^大而向外推進(jìn)很多， 但是主極點(diǎn)P0距離第二非主極點(diǎn)P2和中高頻零點(diǎn)Z2都較遠(yuǎn)，所以主極點(diǎn)向外 推進(jìn)對(duì)相位裕度沒(méi)有，很明顯，這樣的系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。
當(dāng)輸出電流為0.05mA，即輸出電流較小時(shí)，預(yù)置電壓輸入端采用一直流電 壓為2.5V交流電壓為IV的電壓源，反饋電壓輸入端連接一大電容接地，連接
一大電感到驅(qū)動(dòng)元件103的驅(qū)動(dòng)輸出端0UT，輸出負(fù)載為50K歐電阻與lOuF電 容并聯(lián)連接，負(fù)載電容的等效串聯(lián)電阻為1歐。圖7為本發(fā)明具有較大輸出電 流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器電路在輸出電流正常時(shí)的頻率響應(yīng)圖。其中，左標(biāo) 尺代表相位，單位是度；右標(biāo)尺代表幅度，單位是分貝；下標(biāo)尺代表頻率，單 位是赫茲。圖7中，點(diǎn)線為相頻曲線，叉線為幅頻曲線。分析該圖可知首先， 從該頻率響應(yīng)的曲線圖可以很明顯地看到，該系統(tǒng)不存在右半平面的極點(diǎn)，低 頻增益較高；其次，在0dB以上系統(tǒng)的相位偏移最大為90度左右，相應(yīng)的相位 裕度達(dá)到近90度，大于要求的45度；再次，在單位增益帶寬內(nèi)，有一個(gè)沒(méi)有 被抵消掉的零點(diǎn)Z2,致使包括P2在內(nèi)的非主極點(diǎn)都被推進(jìn)到單位增益帶寬以外 了；最后，因?yàn)檩敵鲭娏鬏^小而致使主極點(diǎn)低頻推進(jìn)，從而增益交點(diǎn)向里推進(jìn)， 單位增益帶寬有所降低，很明顯，這樣的系統(tǒng)是非常穩(wěn)定的。
特別指出的是，對(duì)本發(fā)明的電路構(gòu)成作等同替換的情況，都應(yīng)當(dāng)落入本發(fā) 明所要求保護(hù)的技術(shù)方案范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，由誤差放大器、緩沖電路、驅(qū)動(dòng)元件、反饋電路以及補(bǔ)償電路組成，誤差放大器設(shè)有預(yù)置電壓輸入端和反饋電壓輸入端，誤差放大器的輸出端連接緩沖電路的輸入端，緩沖電路的輸出端連接驅(qū)動(dòng)元件的輸入端，驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端連接反饋電路，反饋電路分壓所得反饋電壓輸送至誤差放大器的反饋電壓輸入端，其特征在于所述誤差放大器采用折疊共源共柵結(jié)構(gòu)；所述補(bǔ)償電路由跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路和負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路組成，跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路的一端與誤差放大器相連接，另一端跨過(guò)兩級(jí)或者以上放大后連接在驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端，負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路的一端連接在驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)輸出端，另一端與地電壓相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于-所述誤差放大器采用折疊共源共柵運(yùn)算跨導(dǎo)放大器結(jié)構(gòu)，即由差分輸入電路、 共柵放大電路和單端輸出電路組成，所述差分輸入電路包括PMOS差分放大器電路和電流源，電流源耦接到電源電壓VDDA，并輸出電流到PMOS差分放大器電路；所述PMOS差分放大器 電路包括第一差分輸入PMOS晶體管MP1A和第二差分輸入PMOS晶體管 MP1B，，第一差分輸入PMOS晶體管MP1A的源極和第二差分輸入PMOS晶體 管MP1B的源極相連;反饋電壓接入第一差分輸入PMOS晶體管MP1A的柵極， 預(yù)置電壓接入第二差分輸入PMOS晶體管MP1B的柵極；第一差分輸入PMOS 晶體管MP1A的漏極電流輸出到第一差分輸出端IN1 ，第二差分輸入PMOS晶 體管MP1B的漏極電流輸出到第二差分輸出端IN2;所述共柵放大電路包括第一電流鏡NMOS晶體管MN3A、第二電流鏡NMOS晶體管MN3B、第一共柵放大NMOS晶體管MN2A和第二共柵放大NMOS晶 體管MN2B;第一電流鏡NMOS晶體管MN3A的源極連接在地電壓GNDA，漏 極連接到第一差分輸出端IN1，柵極輸入為第五偏壓Vbias5;第二電流鏡NMOS 晶體管MN3B的源極連接在地電壓GNDA，漏極連接到第二差分輸出端IN2， 柵極輸入為第五偏壓Vbias5;第一共柵放大NMOS晶體管MN2A的源極連接到 第一差分輸出端IN1，漏極連接到第一節(jié)點(diǎn)N1，柵極輸入為第四偏壓Vbias4; 第二共柵放大NMOS晶體管MN2B的源極連接到第二差分輸出端IN2，漏極連 接到誤差放大器的輸出端，柵極輸入為第四偏壓Vbias4。所述單端輸出電路包括第一電流鏡PMOS晶體管MP2A、第二電流鏡PMOS 晶體管MP2B、第三電流鏡PMOS晶體管MP3A和第四電流鏡PMOS晶體管 MP3B;第一電流鏡PMOS晶體管MP2A的源極連接在電源電壓VDDA，漏極 連接到第三電流鏡PMOS晶體管MP3A的源極，柵極連接到第一節(jié)點(diǎn)N1;第二 電流鏡PMOS晶體管MP2B的源極連接在電源電壓VDDA，漏極連接到第四電 流鏡PMOS晶體管MP3B的源極，柵極連接到第一節(jié)點(diǎn)Nl;第三電流鏡PMOS 晶體管MP3A源極連接到第一電流鏡PMOS晶體管MP2A的漏極，漏極連接到 第 一節(jié)點(diǎn)Nl,柵極輸入為第三偏壓Vbias3;第四電流鏡PMOS晶體管MP3B 的源極連接到第二電流鏡PMOS晶體管MP2B的漏極，漏極連接到誤差放大器 的輸出端，柵極輸入為第三偏壓Vbias3;
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于 所述驅(qū)動(dòng)元件包括有第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT，第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管 MPOUT的柵極連接到緩沖電路的輸出端，源極連接在電源電壓VDDA，漏極提 供驅(qū)動(dòng)輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所 述緩沖電路由源跟隨器電路和電流感應(yīng)電路構(gòu)成，電流感應(yīng)電路的輸入端連接 到驅(qū)動(dòng)元件，電流感應(yīng)電路的輸出端連接到源跟隨器電路的輸出端；所述源跟 隨器電路采用PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1; PMOS晶體管 MPSF的柵極連接到誤差放大器的輸出端，源極連接到驅(qū)動(dòng)元件，漏極連接到地 電壓GNDA;直流偏置晶體管MPB1的漏極連接PMOS晶體管MPSF的源極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所 述PMOS晶體管MPSF和直流偏置晶體管MPB1的寬長(zhǎng)比小于第一驅(qū)動(dòng)PMOS 晶體管MPOUT的寬長(zhǎng)比，且大于低壓差線性穩(wěn)壓器中其它晶體管的寬長(zhǎng)比。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所 述反饋電路包括有第一反饋電阻R1和第二反饋電阻R2，第一反饋電阻R1連接 到所述第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極和所述誤差放大器的反饋電壓輸 入端之間，第二反饋電阻R2連接到所述誤差放大器的反饋電壓輸入端和地電壓 GNDA之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征 在于所述跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路采用第一補(bǔ)償電容器Cl，第一補(bǔ)償電容器Cl 跨三級(jí)放大連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極和第二共柵放大 NMOS晶體管MN2B的源極之間；所述負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路包括第一負(fù)載電容CL和第一等效串聯(lián)電 阻RO，第一等效串聯(lián)電阻RO是第一負(fù)載電容CL的等效串聯(lián)電阻，第一負(fù)載 電容CL 一端連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極，另一端與第一等 效串聯(lián)電阻R0相連接；第一等效串聯(lián)電阻RO —端與第一負(fù)載電容CL相連接，另一端連接在地電壓GNDA。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征 在于所述補(bǔ)償電路中的負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路采用外置結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器， 其特征在于所述跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路采用第一補(bǔ)償電容器C1，第一補(bǔ)償電容 器C1跨三級(jí)放大連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極和第二共柵放大 NMOS晶體管MN2B的源極之間；所述負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路包括第一負(fù)載電容CL和第一等效串聯(lián)電 阻RO,第一等效串聯(lián)電阻RO是第一負(fù)載電容CL的等效串聯(lián)電阻，第一負(fù)載 電容CL 一端連接于第一驅(qū)動(dòng)PMOS晶體管MPOUT的漏極，另一端與第一等 效串聯(lián)電阻R0相連接；第一等效串聯(lián)電阻RO —端與第一負(fù)載電容CL相連接， 另一端連接在地電壓GNDA。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有較大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特 征在于所述補(bǔ)償電路中的負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路采用外置結(jié)構(gòu)。
全文摘要
寬輸出電流范圍低壓差線性穩(wěn)壓器，包括折疊共源共柵結(jié)構(gòu)的誤差放大器、緩沖電路、驅(qū)動(dòng)元件、反饋電路、負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路和跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路。緩沖電路把低頻極點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中頻極點(diǎn)和一個(gè)高頻極點(diǎn)；負(fù)載電容等效串聯(lián)電阻補(bǔ)償電路的負(fù)載大電容將主極點(diǎn)向低頻推進(jìn)，使增益交點(diǎn)向里推進(jìn)，且和其等效串聯(lián)電阻串行產(chǎn)生一個(gè)中頻零點(diǎn)抵消上述中頻極點(diǎn)；跨多級(jí)密勒補(bǔ)償電路產(chǎn)生一個(gè)中高頻極點(diǎn)和一個(gè)比中高頻極點(diǎn)略小的中高頻零點(diǎn)來(lái)提高相位裕度，不但增加單位增益帶寬而且可以節(jié)省可觀的芯片面積。在輸出電流變化范圍較大時(shí)，本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生較寬的單位增益帶寬，提供85度以上的相位裕度，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，提高低壓差線性穩(wěn)壓性能。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101339443SQ200810048738
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者劉經(jīng)南, 張?zhí)嵘? 江金光 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)