CN102298411A - 一种低功耗线性低压差稳压器电路 - Google Patents

一种低功耗线性低压差稳压器电路 Download PDF

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钟书鹏
谭年熊
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Abstract

本发明公开了一种低功耗线性低压差稳压器电路，它包括：误差放大器U2、PMOS管、电流源IB和四个NMOS管；误差放大器U2的负输入端作为低功耗线性低压差稳压器电路的输入端VREF，第一NMOS管N1的栅极和漏极一起到PMOS管P2的漏极，并且作为低功耗线性低压差稳压器电路的输出端VOUT；PMOS管的源极连到电源VDD，栅极连到误差放大器U2的输出端；本发明的低功耗线性低压差稳压器电路通过采用NMOS管代替电阻，与现有技术相比，功耗更低，面积更小。

Description

一种低功耗线性低压差稳压器电路
技术领域
本发明涉及电气装置领域，尤其涉及一种低功耗线性低压差稳压器电路。
背景技术
现代社会里，涌现了越来越多的手持电子产品，这些产品大都采用电池供电。电池作为一种电源，其输出电压在使用周期内不是固定不变的，而是随着使用时间而逐渐下降。且电池电压通常都高于芯片的正常工作电压，例如一些应用里电池电压为3.6V，而芯片内电路的工作电压只要2.5V就够了。这种情况下，芯片内就需要集成一个线性低压差稳压器（LDO），保证只要电池电压高于2.5V，LDO即输出稳定的2.5V，使得电路可以安全可靠地运行。
常见的LDO电路如图1所示：VDD为输入电源，VOUT为输出电压，VREF为输入基准电压。误差放大器AMP通过负反馈使得AMP两个输入端的电压趋于一致。则输出电压VOUT=VREF*(R1+R2)/R2。
使用电池的手持电子产品对功耗有苛刻的要求，功耗越小就意味着电池可以工作更长的时间。LDO电路作为一个需要始终工作的模块，其静态功耗的大小是很重要的。很多应用会要求LDO自身消耗的电流在0.5uA以内。图1中LDO消耗的电流分布在AMP和电阻（R1、R2）支路上。AMP消耗的电流可通过减小偏置电流源来降低，电阻支路上的电流只能通过加大R1、R2这两个电阻实现。假设LDO的输出VOUT为2.5V，要求电阻支路上的电流为0.1uA，那么电阻R1加R2要达到25M欧姆。在芯片内部，这么大的电阻会占用相当大的面积。因此在设计LDO的时候就带来了一对矛盾，即低功耗和面积的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低功耗线性低压差稳压器电路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低功耗线性低压差稳压器电路，其特征在于，它包括：误差放大器U2、PMOS管、电流源IB和四个NMOS管等；其中，误差放大器U2的负输入端作为低功耗线性低压差稳压器电路的输入端VREF，第三NMOS管N3的漏极和第二NMOS管N2的源极一起连到误差放大器U2的正输入端，第三NMOS管N3的栅极、第四NMOS管N4的栅极和漏极一起连到电流源IB的一端，电流源IB的另一端连到电源VDD；第三NMOS管N3和第四NMOS管N4的源极均接地；第二NMOS管N2的栅极和漏极一起连到第一NMOS管N1的源极，第一NMOS管N1的栅极和漏极一起到PMOS管P2的漏极，并且作为低功耗线性低压差稳压器电路的输出端VOUT；PMOS管的源极连到电源VDD，栅极连到误差放大器U2的输出端。
本发明的有益效果是：本发明的低功耗线性低压差稳压器电路通过采用NMOS管代替电阻，与现有技术相比，功耗更低，面积更小。
附图说明
图1为现有线性低压差稳压器的电路图；
图2为本发明线性低压差稳压器的电路图。
具体实施方式
本发明提出了一种新的兼顾低功耗和面积的低功耗线性低压差稳压器电路。电路如图2所示：图1中的电阻R2用NMOS管N3代替，电阻R1用NMOS管N1、N2代替。
具体来说，本发明低功耗线性低压差稳压器电路包括：误差放大器U2、PMOS管、电流源IB和四个NMOS管。它们之间的连接关系如下：误差放大器U2的负输入端作为低功耗线性低压差稳压器电路的输入端VREF，第三NMOS管N3的漏极和第二NMOS管N2的源极一起连到误差放大器U2的正输入端，第三NMOS管N3的栅极、第四NMOS管N4的栅极和漏极一起连到电流源IB的一端，电流源IB的另一端连到电源VDD。第三NMOS管N3和第四NMOS管N4的源极均连到VSS。第二NMOS管N2的栅极和漏极一起连到第一NMOS管N1的源极，第一NMOS管N1的栅极和漏极一起到PMOS管P2的漏极，并且作为低功耗线性低压差稳压器电路的输出端VOUT；PMOS管的源极连到电源VDD，栅极连到误差放大器U2的输出端。电流源IB可由普通的偏置电流产生电路产生。
工作时，误差放大器U2通过负反馈使得两个输入端的电压趋于一致。记N2和N1各自的栅源电压为                                                
Figure 2011101446406100002DEST_PATH_IMAGE001
和，则VOUT=VREF+
Figure 165707DEST_PATH_IMAGE001
+
Figure 104713DEST_PATH_IMAGE002
。
和原来的电阻R1、R2相比，电流源IB和N1、N2、N3、N4的面积非常小。以大小为25M的电阻为例，如果采用方块电阻为1k欧姆的POLY电阻实现，需要25000个方块面积，而实现IB、N1、N2、N3、N4所需的面积等效于数个方块面积就够了。而且，电流源IB即使取更小的值，例如0.01uA，也可以正常工作，且不增加面积。如果电阻方式要实现0.01uA的电阻，则需要250M的电阻，即250000个方块面积。

Claims (1)

1.一种低功耗线性低压差稳压器电路，其特征在于，它包括：误差放大器U2、PMOS管、电流源IB和四个NMOS管等；其中，误差放大器U2的负输入端作为低功耗线性低压差稳压器电路的输入端VREF，第三NMOS管N3的漏极和第二NMOS管N2的源极一起连到误差放大器U2的正输入端，第三NMOS管N3的栅极、第四NMOS管N4的栅极和漏极一起连到电流源IB的一端，电流源IB的另一端连到电源VDD；第三NMOS管N3和第四NMOS管N4的源极均接地；第二NMOS管N2的栅极和漏极一起连到第一NMOS管N1的源极，第一NMOS管N1的栅极和漏极一起到PMOS管P2的漏极，并且作为低功耗线性低压差稳压器电路的输出端VOUT；PMOS管的源极连到电源VDD，栅极连到误差放大器U2的输出端。
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