一种带补偿电路的LDO电路
技术领域
本发明涉及C晶体管MOS电路技术领域,特别涉及一种能够改善LDO负载瞬态响应的电路。
背景技术
现有技术中,有一种如附图1所示的LDO电路,包括参考电源VREF,误差放大器A1,调整管M0,模拟电源AVDD,相互串联的反馈电阻R1和R2,输出端VOUT,频率补偿电容C1,等效负载电容C2;参考电源VREF的“+”端连接于所述误差放大器A1的反相输入端,误差放大器A1的输出端连接于调整管M0的栅端,调整管M0的源端连接于模拟电源AVDD,调整管M0的漏端连接于反馈电阻R1,调整管M0的漏端与反馈电阻R1的之间形成连接节点N5,同时,连接节点N5连接于输出端VOUT,反馈电阻R2模拟接地AVSS,误差放大器A1的同向输入端连接于所述反馈电阻R1和R2之间,频率补偿电容C1连接于误差放大器A1的正电源与连接节点N5之间,等效负载电容C2的一端连接于输出端VOUT,等效负载电容C2的另一端模拟接地AVSS。
如附图1所示的LDO电路的工作原理如下:
当参考电源VREF正常工作时,产生基准电压VREF,为误差放大器A1的反向输入端提供基准电压VREF;
输出电压VOUT经过反馈电阻R1和R2分压,为误差放大器A1的同向输入端提供大小为
的反馈电压VFB;
误差放大器A1将基准电压VREF和反馈电压VFB进行比较后,将其差值ΔV放大后得到ΔVmax,ΔVmax用于驱动调整管M0的栅极,改变通过调整管M0的电流,从而,使得基准电压VREF与反馈电压VFB近似相等,进而,使得输出电压VOUT的电压值趋于恒定为。
如附图1所示的LDO电路,当VOUT在短时间内发生变化时,负载电流在短时间内发生较大的变化,ΔV和ΔVmax也会在短时间内发生较大的变化,但是,由于误差放大器A1的带宽限制,在短时间内,通过调整管M0的电流不能及时响应负载电流在短时间内发生的较大变化,进而,基准电压VREF与反馈电压VFB不能实现近似相等,导致输出电压VOUT的电压值也会发生较大的变化,因此,附图1所示的LDO电路的负载瞬态响应差。
为了改善附图1所示的LDO电路的瞬态响应速度,必须提高误差放大器A1的带宽,同时,为了保证输出电压VOUT满足精度要求,误差放大器A1的增益必须较高。
但是,在功耗被限制的条件下,选用既高带宽又高增益的误差放大器A1并不现实。通常,优先满足输出电压精度这一要求。
因此,附图1所示的LDO电路的负载瞬态响应差。
现有技术中,还有一种如附图2所示的LDO电路,如附图2所示的电路除如附图1所示的LDO电路外,还包括补偿电路1,该补偿电路1的输入信号来自于误差放大器A1的负电源,该补偿电路1的输出端连接于连接节点N5,该补偿电路1的输出信号用于补偿输出电压VOUT的电压值的变化。
当VOUT在短时间内发生变化时,这种变化需要经过误差放大器A1的内部之后才能被补偿电路1感测到,之后,补偿电路1才能补偿输出电压VOUT的电压值的变化,使输出电压VOUT趋于恒定。
但是,从附图2可以看出,补偿电路1中的环路较多,因此,需要复杂的频率补偿技术。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种带有能够直接感测到LDO电路的输出电压VOUT的变化,能够直接补偿LDO电路输出电压VOUT的电压值变化,使该输出电压VOUT趋于恒定,并且,补偿技术简单的带补偿电路的LDO电路。
本发明提供的带补偿电路的LDO电路,包括LDO电路和补偿电路,所述LDO电路包括调整管M0,反馈电阻R1和R2,输出端VOUT,所述调整管M0的漏端与所述反馈电阻R1的之间形成连接节点N5,同时,所述连接节点N5连接于所述输出端VOUT,其特征在于,所述反馈电阻R1被拆分成两个电阻R11和R12,其中,R1=R11+R12,所述电阻R11和R12之间形成连接节点N6,所述补偿电路的输入节点为N1,所述补偿电路的输出节点为N2,所述输入节点N1连接于所述连接节点N6,所述输出节点N2连接于所述连接节点N5。
作为优选,所述补偿电路包括放大器A2,放大器A3,晶体管M7和晶体管M8,所述放大器A2的电路中包括以电流镜方式连接的晶体管M3和晶体管M4,所述放大器A3的电路中包括以电流镜方式连接的晶体管M5和晶体管M6,所述放大器A2和放大器A3之间形成输入节点N1,所述输入节点N1连接于所述连接节点N6,所述放大器A2的放大端口连接于所述晶体管M7的栅端,所述晶体管M7的源端连接于模拟电源AVDD,所述放大器A3的放大端口连接于所述晶体管M8的栅端,所述晶体管M8的漏端模拟接地AVSS,所述晶体管M7的漏端连接于所述晶体管M8的栅端,所述晶体管M7的漏端与所述晶体管M8的栅端之间形成输出节点N2,所述输出节点N2连接于所述连接节点N5。
作为优选,所述放大器A2包括晶体管M1、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M9和晶体管M11;
所述晶体管M1为所述放大器A2的输入管,所述晶体管M1的栅端连接于所述连接节点N6,
所述晶体管M9是二极管连接形式的晶体管,所述晶体管M9的源端连接于模拟电源AVDD,所述晶体管M9的栅端和漏端与所述晶体管M1的源端相连,
所述晶体管M3和所述晶体管M4构成电流镜,
所述晶体管M11的栅端连接于恒定的直流偏置电压VBIAS1,使流过所述晶体管M11的电流与流过所述晶体管M4的电流相等,
所述晶体管M11的漏端和所述晶体管M4的漏端分别与所述晶体管M8的栅端相连,并且,所述晶体管M11和所述晶体管M4的漏端分别与所述晶体管M8的栅端的连接处形成连接节点N3。
作为优选,所述放大器A2为单输入单输出、放大倍数为正的放大器。
作为优选,所述放大器A3包括晶体管M2、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M10和晶体管M12;
所述晶体管M2为所述放大器A3的输入管,所述晶体管M2的栅端连接于所述连接节点N6,
所述晶体管M10是二极管连接形式的晶体管,所述晶体管M10的源端连接于模拟电源AVDD,所述晶体管M10的栅端和漏端与所述晶体管M2的源端相连,
所述晶体管M5和所述晶体管M6构成电流镜,
所述晶体管M12的栅端连接于恒定的直流偏置电压VBIAS2,使流过所述晶体管M12的电流与流过所述晶体管M6的电流相等,
所述晶体管M12的漏端和所述晶体管M6的漏端分别与所述晶体管M8的栅端相连,并且,所述晶体管M11和所述晶体管M4的漏端分别与所述晶体管M7的栅端的连接处形成连接节点N4。
作为优选,所述放大器A3为单输入单输出、放大倍数为正的放大器。
作为优选,所述补偿电路还包括电容C3和C4,所述电容C3连接于所述晶体管M6的漏端和所述晶体管M7的漏端之间,所述电容C4连接于所述晶体管M4的漏端和晶体管M8的漏端之间。
本发明提供的带补偿电路的LDO电路的有益效果在于:
本发明提供的带补偿电路的LDO电路与如附图1所示的LDO电路相比,由于增加了补偿电路,该补偿电路的带宽远大于如附图1所示的LDO电路的带宽,尤其是,晶体管M7和晶体管M8可以很快地响应负载电流在短时间内发生的较大变化,从而,使得输出电压VOUT的电压值趋于恒定;并且,本发明提供的带补偿电路的LDO电路并不要求放大器A2和放大器A3具有高增益,因此,本发明提供的带补偿电路的LDO电路能够在不提高增益的条件下,有效地改善LDO电路的负载瞬态响应。
本发明提供的带补偿电路的LDO电路与如附图2所示的带补偿电路1的LDO电路相比,本发明提供的带补偿电路的LDO电路的补偿电路不必设计较多的环路,因此,本发明提供的带补偿电路的LDO电路也不需要复杂的频率补偿技术。
附图说明
图1为现有技术中的LDO电路的示意图;
图2为现有技术中带补偿电路1的LDO电路的示意图;
图3为本发明实施例提供的带补偿电路的LDO电路的简化结构示意图;
图4为本发明实施例提供的带补偿电路的LDO电路的详细结构示意图;
图5为在图4的基础上增加了电容C3和C4的电路的详细结构示意图。
具体实施方式
为了深入了解本发明,下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
参见附图3,本发明提供的带补偿电路的LDO电路包括LDO电路和补偿电路2,LDO电路包括调整管M0,反馈电阻R1和R2,输出端VOUT,调整管M0的漏端与反馈电阻R1的之间形成连接节点N5,同时,连接节点N5连接于输出端VOUT,反馈电阻R1被拆分成两个电阻R11和R12,其中,R1=R11+R12,电阻R11和R12之间形成连接节点N6,补偿电路2的输入节点为N1,补偿电路2的输出节点为N2,输入节点N1连接于连接节点N6,输出节点N2连接于连接节点N5。
其中,补偿电路2的其中一种具体实现方式如下:
参见附图3,补偿电路2包括放大器A2和放大器A3,晶体管M7和晶体管M8,参见附图4,放大器A2的电路3中具体包括以电流镜方式连接的晶体管M3和晶体管M4,标号为5,放大器A3的电路4中具体包括以电流镜方式连接的晶体管M5和晶体管M6,标号为6,参见附图3,两个放大器A2和A3之间形成输入节点N1,输入节点N1连接于连接节点N6,误差放大器A1的放大端口连接于晶体管M7的栅端,晶体管M7的源端连接于模拟电源AVDD,放大器A2的放大端口连接于晶体管M8的栅端,晶体管M8的漏端模拟接地AVSS,晶体管M7的漏端连接于晶体管M8的栅端,晶体管M7的漏端与晶体管M8的栅端之间形成输出节点N2,输出节点N2连接于连接节点N5。
其中,放大器A2的其中一种具体实现方式如下:
晶体管M1、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M9、晶体管M11构成一个单输入单输出、放大倍数为正的放大器A2,标号为3。其中,晶体管M1为放大器A2的输入管,晶体管M1的栅端连接于连接节点N6。晶体管M9是二极管连接形式的晶体管,晶体管M9的源端连接于模拟电源AVDD,晶体管M9的栅端和漏端与晶体管M1的源端相连。晶体管M3和晶体管M4构成电流镜,晶体管M11的栅端连接于恒定的直流偏置电压VBIAS1,使流过晶体管M11的电流与流过晶体管M4的电流相等。晶体管M11的漏端和晶体管M4的漏端分别与晶体管M8的栅端相连,并且,晶体管M11和晶体管M4的漏端分别与晶体管M8的栅端的连接处形成连接节点N3。
其中,放大器A3的其中一种具体实现方式如下:
晶体管M2、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M10、晶体管M12构成一个单输入单输出、放大倍数为正的放大器A3,标号为4。其中,晶体管M2为放大器A3的输入管,晶体管M2的栅端连接于连接节点N6。晶体管M10是二极管形式连接的晶体管,晶体管M10的源端连接于模拟电源AVDD,晶体管M10的栅端和漏端与晶体管M2的源端相连。晶体管M5和晶体管M6构成电流镜,晶体管M12的栅端连接于恒定的直流偏置电压VBIAS2,使流过晶体管M12的电流与流过晶体管M6的电流相等。晶体管M12的漏端和晶体管M6的漏端分别与晶体管M7的栅端相连,并且,晶体管M12和晶体管M6的漏端分别与晶体管M7的栅端的连接处形成连接节点N4。
本发明提供的带补偿电路的LDO电路的工作原理如下:
当LDO电路的输出电压VOUT趋于恒定时,节点N6处的电压趋于恒定,节点N3处和节点N4处的电压也趋于恒定,且满足VN3<VTH8, AVDD-VC<|VTH7|;其中,晶体管M7与晶体管M8处于截止区。
当LDO电路的负载电流在短时间内发生的较大增大时,VOUT迅速降低,VN6也迅速降低,VN3和VN4的电压也迅速降低。此时,晶体管M7导通,晶体管M8截止,较大的电流便由晶体管M7的漏端注入到节点N5,以补偿负载电流在短时间内发生的较大增大引起的节点N5处电压的迅速降低,从而阻止VOUT的降低。
相反地,当LDO电路的负载电流在短时间内发生的较大减小时,VOUT迅速增大,VN6也迅速增大,节点N3和节点N4处的电压也迅速升高。此时,晶体管M7截止,晶体管M8导通,晶体管M8吸收多余的电流。
本发明提供的带补偿电路2的LDO电路与如附图1所示的LDO电路相比,由于增加了补偿电路2,该补偿电路2的带宽远大于如附图1所示的LDO电路的带宽,尤其是,晶体管M7和晶体管M8可以很快地响应负载电流在短时间内发生的较大变化,从而,使得输出电压VOUT的电压值趋于恒定;并且,本发明提供的带补偿电路2的LDO电路并不要求放大器A2和放大器A3具有较大的增益,因此,本发明提供的带补偿电路的LDO电路能够在不提高增益的条件下,有效地改善LDO电路的负载瞬态响应。
参见附图5,补偿电路2还可以包括用于弥勒补偿的电容C3和C4,电容C3连接于晶体管M6的漏端和晶体管M7的漏端之间,电容C4连接于晶体管M4的漏端和晶体管M8的漏端之间,以进一步提高本发明提供的带补偿电路2的LDO电路的工作稳定性。
此外,本发明提供的带补偿电路2的LDO电路与如附图2所示的带有补偿电路1的LDO电路相比,本发明提供的带补偿电路2的LDO电路的补偿电路2不必设计较多的环路,因此,本发明提供的带补偿电路2的LDO电路也不需要复杂的频率补偿技术。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。