CN102707755B - 一种内置补偿电容的线性电压调整器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电学领域，特别涉及一种内置补偿电容的线性电压调整器，其特征在于，包括运算放大器，EA误差放大器，快速响应LDO。本发明为高性能中中央处理器，数字信号处理器，可编程逻辑器件，高性能转换器等芯片的集成供电IP，提供一种内置补偿电容的线性电压调整器，无需外置大补偿电容，采用处理器寄生电容即可保证系统稳定工作，可方便的与大规模数字电路单片集成。
Description
技术领域
本发明涉及电学领域，特别涉及一种内置补偿电容的线性电压调整器。
背景技术
随着半导体工艺的进步和电子市场越来越苛刻的要求，中央处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器件等等核心元器件速度越来越快，集成度越来越高。集成线形调整期作为供电电源成为核心处理芯片发展的必然趋势。而传统的外部补偿的线形调整器，补偿电容大，无法集成，不符合系统小型化的发展趋势。
发明内容
本发明的目地是提供一种内置补偿电容的线性电压调整器，它通过运算放大器，EA误差放大器，快速响应LDO保证了系统无需外部大补偿电容也可稳定工作，提高了系统的响应速度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种内置补偿电容的线性电压调整器，包括运算放大器，EA误差放大器和快速响应LDO，其特征在于，所述运算放大器包括一个电流漏，五个P型MOS管和三个N型MOS管，一电阻，一个电容，其连接方式为：第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极与第一P型MOS管MP1的栅极连接；第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源与第三P型MOS管MP3的源极连接；该运算放大器的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接；该运算放大器的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS管MN1的栅极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极、电容Cc的一端与第二N型MOS管MN2的栅极连接；第四P型MOS管MP4的漏极、电阻Rc的一端、第二N型MOS管MN2的漏极与运放的输出端Vout连接，电阻Rc的另一端与电容Cc的另一端连接，第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接，第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接。
所述EA误差放大器为，共源共栅单级放大器，包括七个P型MOS管和四个N型MOS管，其电路连接方式为：第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接；第二P型MOS管MP2的栅极与该误差放大器的同向输入端连接；第三P型MOS管MP3的栅极与该误差放大器的反向输入端连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第三N型MOS管MN3的源极与第一N型MOS管MN1的漏极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第四N型MOS管MN4的源极与第二N型MOS管MN2的漏极连接；第四P型MOS管MP4的栅极、第五P型MOS管MP5的栅极、第六P型MOS管MP6的漏极与第三N型MOS管MN3的漏极连接；第四P型MOS管MP4的漏极与第六P型MOS管MP6的源极连接；第五P型MOS管MP5的漏极与第七P型MOS管MP7的源极连接；第七P型MOS管MP7的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该误差放大器的输出端口Vout连接；第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb1连接；第六P型MOS管MP6的栅极、第七P型MOS管MP7的栅极与偏置电压Vpb2连接；第一N型MOS管MN1的栅极、第二N型MOS管MN2的栅极与偏置电压Vnb1连接；第三N型MOS管MN3的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极与偏置电压Vnb2连接，第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接，第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极与地GND连接。
所述快速响应LDO由增益级、Charge pump级和输出级组成，其中包括，一个误差放大器，一个运算放大器，三个电容，四个开关，二个电阻，一个P型MOS管和一个N型MOS管，其电路连接方式为：基准电压Vref1与运算放大器op的同相输入端连接；运算放大器op的反相输入端、运算放大器op的输出端与开关S2的一端连接；基准电压Vref2与误差放大器EA的反相输入端连接；误差放大器EA的同相输入端、电容Cc的一端、电阻R1的一端与电阻R2的一端连接；误差放大器EA的输出端、开关S3的一端与电容C2的一端连接；C2的另一端、S4的一端、P型MOS管Mc的源端与N型MOS管Mpass的栅端连接；开关S1的一端、开关S3的另一端与电容C1的一端连接；电容C1的另一端、开关S2的另一端与开关S4的另一端连接；N型MOS管Mpass的源端与电阻R2的另一端连接；P型MOS管Mc的漏端与电容Cc的另一端连接，偏置电压VB与P型MOS管Mc的栅端连接，N型MOS管Mpass的漏端与电源Vin连接，开关S1的另一端、电阻R1的另一端与地GND连接。
采用如上技术方案的本发明，具有如下有益效果：
本发明为高性能中央处理器，数字信号处理器，可编程逻辑器件，高性能转换器等芯片的集成供电IP，提供一种内置补偿电容的线性电压调整器，无需外置大补偿电容，采用处理器寄生电容即可保证系统稳定工作，可方便的与大规模数字电路单片集成。
附图说明
图1为本发明运算放大器电路结构图。
图2为本发明EA误差放大器电路结构图。
图3为本发明快速响应LDO电路结构图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
本发明所描述的一种内置补偿电容的线性电压调整器，由运算放大器，EA误差放大器和快速响应LDO组成。
如图1所示，所述运算放大器包括一个电流漏，五个P型MOS管和三个N型MOS管，一电阻，一个电容，其连接方式为：第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极与第一P型MOS管MP1的栅极连接；第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源与第三P型MOS管MP3的源极连接；该运算放大器的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接；该运算放大器的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS管MN1的栅极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极、电容Cc的一端与第二N型MOS管MN2的栅极连接；第四P型MOS管MP4的漏极、电阻Rc的一端、第二N型MOS管MN2的漏极与运放的输出端Vout连接，电阻Rc的另一端与电容Cc的另一端连接，第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接，第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接。
如图2所示，所述EA误差放大器为，共源共栅单级放大器，包括七个P型MOS管和四个N型MOS管，其电路连接方式为：第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接；第二P型MOS管MP2的栅极与该误差放大器的同向输入端连接；第三P型MOS管MP3的栅极与该误差放大器的反向输入端连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第三N型MOS管MN3的源极与第一N型MOS管MN1的漏极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第四N型MOS管MN4的源极与第二N型MOS管MN2的漏极连接；第四P型MOS管MP4的栅极、第五P型MOS管MP5的栅极、第六P型MOS管MP6的漏极与第三N型MOS管MN3的漏极连接；第四P型MOS管MP4的漏极与第六P型MOS管MP6的源极连接；第五P型MOS管MP5的漏极与第七P型MOS管MP7的源极连接；第七P型MOS管MP7的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该误差放大器的输出端口Vout连接；第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb1连接；第六P型MOS管MP6的栅极、第七P型MOS管MP7的栅极与偏置电压Vpb2连接；第一N型MOS管MN1的栅极、第二N型MOS管MN2的栅极与偏置电压Vnb1连接；第三N型MOS管MN3的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极与偏置电压Vnb2连接，第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接，第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极与地GND连接。
如图3所示，所述快速响应LDO由增益级、Charge pump级和输出级组成，其中包括，一个误差放大器，一个运算放大器，三个电容，四个开关，二个电阻，一个P型MOS管和一个N型MOS管，其电路连接方式为：基准电压Vref1与运算放大器op的同相输入端连接；运算放大器op的反相输入端、运算放大器op的输出端与开关S2的一端连接；基准电压Vref2与误差放大器EA的反相输入端连接；误差放大器EA的同相输入端、电容Cc的一端、电阻R1的一端与电阻R2的一端连接；误差放大器EA的输出端、开关S3的一端与电容C2的一端连接；C2的另一端、S4的一端、P型MOS管Mc的源端与N型MOS管Mpass的栅端连接；开关S1的一端、开关S3的另一端与电容C1的一端连接；电容C1的另一端、开关S2的另一端与开关S4的另一端连接；N型MOS管Mpass的源端与电阻R2的另一端连接；P型MOS管Mc的漏端与电容Cc的另一端连接，偏置电压VB与P型MOS管Mc的栅端连接，N型MOS管Mpass的漏端与电源Vin连接，开关S1的另一端、电阻R1的另一端与地GND连接。开关S1-S4由a和a非两项不交叠时钟控制，S1、S2闭合，S3、S4打开时电源给电容C1充电，S1、S2打开，S3、S4闭合时电容C1与电容C2的电荷重新分配，最终使调整管Mpass的栅端电压可以高于误差放大器的输出端一定的值，在Vdropout较低时N型MOS管Mpass可以正常工作。
该LDO使用动态米勒补偿技术，通过串联一个在线性区工作的PMOS管作为动态可调电阻，根据负载的变化动态调节系统零点的位置，以补偿由于系统主极点产生的相移，从而保证系统的稳定。
以上是对本发明的具体说明，本方案不仅仅局限在以上实施例中，针对在本方案发明构思下所做的任何改变都将落入本发明保护范围内。
Claims (1)
1.一种内置补偿电容的线性电压调整器，包括运算放大器op，所述运算放大器op包括一个电流源I，五个P型MOS管和三个N型MOS管，一个电阻，一个电容，其连接方式为：第零P型MOS管MP0的漏极、第零P型MOS管MP0的栅极、电流源I的输入端、第四P型MOS管MP4的栅极与第一P型MOS管MP1的栅极连接；第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接；该运算放大器op的同向输入端口VP与第三P型MOS管MP3的栅极连接；该运算放大器op的反向输入端口VN与第二P型MOS管MP2的栅极连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第零N型MOS管MN0的栅极、第零N型MOS管MN0的漏极与第一N型MOS管MN1的栅极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第一N型MOS管MN1的漏极、电容Cc的一端与第二N型MOS管MN2的栅极连接；第四P型MOS管MP4的漏极、电阻Rc的一端、第二N型MOS管MN2的漏极与运算放大器op的输出端Vout连接，电阻Rc的另一端与电容Cc的另一端连接，第零P型MOS管MP0的源极、第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极与电源VDD连接，第零N型MOS管MN0的源极、第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极、电流源I的流出端与地GND连接；包括误差放大器EA，所述误差放大器EA为共源共栅单级放大器，包括七个P型MOS管和四个N型MOS管，其电路连接方式为：第一P型MOS管MP1的漏极、第二P型MOS管MP2的源极与第三P型MOS管MP3的源极连接；第二P型MOS管MP2的栅极与该误差放大器EA的同向输入端连接；第三P型MOS管MP3的栅极与该误差放大器EA的反向输入端连接；第二P型MOS管MP2的漏极、第三N型MOS管MN3的源极与第一N型MOS管MN1的漏极连接；第三P型MOS管MP3的漏极、第四N型MOS管MN4的源极与第二N型MOS管MN2的漏极连接；第四P型MOS管MP4的栅极、第五P型MOS管MP5的栅极、第六P型MOS管MP6的漏极与第三N型MOS管MN3的漏极连接；第四P型MOS管MP4的漏极与第六P型MOS管MP6的源极连接；第五P型MOS管MP5的漏极与第七P型MOS管MP7的源极连接；第七P型MOS管MP7的漏极、第四N型MOS管MN4的漏极与该误差放大器EA的输出端口Vout连接；第一P型MOS管MP1的栅极与偏置电压Vpb1连接；第六P型MOS管MP6的栅极、第七P型MOS管MP7的栅极与偏置电压Vpb2连接；第一N型MOS管MN1的栅极、第二N型MOS管MN2的栅极与偏置电压Vnb1连接；第三N型MOS管MN3的栅极、第四N型MOS管MN4的栅极与偏置电压Vnb2连接，第一P型MOS管MP1的源极、第四P型MOS管MP4的源极、第五P型MOS管MP5的源极与电源VDD连接，第一N型MOS管MN1的源极、第二N型MOS管MN2的源极与地GND连接；包括快速响应LDO，所述快速响应LDO由增益级、Charge pump级和输出级组成，其中包括，所述误差放大器EA，所述运算放大器op，三个电容，四个开关，二个电阻，一个P型MOS管和一个N型MOS管，其电路连接方式为：基准电压Vref1与运算放大器op的同相输入端连接；运算放大器op的反相输入端、运算放大器op的输出端与开关S2的一端连接；基准电压Vref2与误差放大器EA的反相输入端连接；误差放大器EA的同相输入端、电容Cc的一端、电阻R1的一端与电阻R2的一端连接；误差放大器EA的输出端、开关S3的一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端、开关S4的一端、P型MOS管Mc的源端与N型MOS管Mpass的栅端连接；开关S1的一端、开关S3的另一端与电容C1的一端连接；电容C1的另一端、开关S2的另一端与开关S4的另一端连接；N型MOS管Mpass的源端与电阻R2的另一端连接；P型MOS管Mc的漏端与电容Cc的另一端连接，偏置电压VB与P型MOS管Mc的栅端连接，N型MOS管Mpass的漏端与电源Vin连接，开关S1的另一端、电阻R1的另一端与地GND连接；开关S1-S4由a和a非两项不交叠时钟控制，S1、S2闭合，S3、S4打开时电源给电容C1充电，S1、S2打开，S3、S4闭合时电容C1与电容C2的电荷重新分配，最终使N型MOS管Mpass的栅端电压可以高于误差放大器EA的输出端一定的值，在Vdropout较低时N型MOS管Mpass可以正常工作；该LDO使用动态米勒补偿技术，通过串联一个在线性区工作的PMOS管作为动态可调电阻，根据负载的变化动态调节系统零点的位置，以补偿由于系统主极点产生的相移，从而保证系统的稳定。
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