CN103324237A - 一种基于电压感应的ldo瞬态响应增强电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，本发明通过检测负载上的输出端电压来获取LDO瞬态感应情况。当负载电流由低向高、或者由高向低突变时，输出电压将会下降或升高，当其变化幅度大于一定程度时，摆率增强电路开始启动，迅速对调整管栅极进行充电或者放电，以快速改变调整管的导通程度，从而控制导通电流来满足负载要求，并且达到降低输出电压过冲的效果。仿真结果显示，本发明能够显著提供LDO的负载瞬态响应能力。
Description
技术领域
本发明涉及低压差线稳压器LDO领域，更具体地，涉及一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路。
背景技术
低压差线稳压器LDO由于其输出噪声低、压降小、成本低等优点，在便携式电子产品中得到了越来越广泛的应用。在由LDO稳压的高速数字电路中，主频越来越高，甚至达到几GHz。数字电路内电平的瞬间跳变会引起电流的瞬间跳变。把数字电路看成是LDO的负载，负载电流的瞬间跳变会对LDO的输出电压产生影响。
LDO的瞬态响应包含有线性瞬态响应和负载瞬态响应。线性瞬态响应指的是输入电压阶跃突变时，LDO输出电压的响应情况；负载瞬态响应指的是负载电流阶跃突变时，LDO的输出响应情况。由于LDO芯片正常工作时的供电电压相对稳定，而负载电流经常出现切换。而在实际LDO设计中，负载瞬态响应更应该被注重。
传统的LDO采用如图1所示的结构，需要外接μF级别的电容，外接电容有两个好处。一是外接电容的串联等效会产生一个零点，控制合适的值可以使这个零点抵消LDO系统的一个极点，增大相位裕度，使LDO输出稳定；二是大的外接电容有助于提高LDO的瞬态响应，对负载电流突变引起的输出电压波动具有很好的抑制作用。
但传统LDO电路中，由于有几μF的外接输出电容，无法集成在芯片内部，因此无法适用在片上操作SOC等应用场合。在SOC等应用场合中，LDO必须全部集成在芯片中，由于芯片成本的制约，输出电容一般不超过几个nF，这对LDO的瞬态性能提出了严峻的挑战。然而由于传统LDO电路结构限制，为了增强LDO的瞬态响应能力而不减弱其他性能，单单调整LDO参数并不能取到实质性的效果，因此必须在电路结构上加以改进。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，来提高LDO的瞬态响应能力。
本发明的技术方案为：
一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，包括电容Co、调整管Mp、误差放大器EA、电阻R1～R6和摆率增强电路；所述摆率增强电路的输出端接调整管Mp的栅极，摆率增强电路的输入端为VHD，GND，Vref，Vf1和Vf2，调整管Mp的栅极接误差放大器EA的输出端，
调整管Mp的漏极通过输出电容Co接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R2与R1接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R4与R3接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R6与R5接地；电阻R1与R2间的引出端Vf与误差放大器的正输入端连接，误差放大器的负输入端接基准电压源Vref；电阻R3与R4间的引出端Vf1和电阻R5与R6间的引出端Vf2与摆率增强电路的输入端连接。
更进一步的，根据权利要求1所述的基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，其特征在于，所述摆率增强电路包括第一比较器OA1、第二比较器OA2、NMOS管MSK1和PMOS管MSR1，所述电阻R3与R4间的引出端Vf1接第一比较器OA1的负输入端连接，第一比较器OA1的输出端接NMOS管MSK1的栅极，所述电阻R5与R6间的引出端Vf2与第二比较器OA2的负输入端连接，第二比较器OA2的输出端接PMOS管MSR1的栅极，所述NMOS管MSK1和PMOS管MSR1构成推挽输出电路，NMOS管MSK1的源极接地，NMOS管MSK1的漏极接调整管Mp的栅极，PMOS管MSR1的源极接调整管的源极。
更进一步的，所述调整管Mp为PMOS管。
更进一步的，所述
当瞬态发生时开始启动，通过检测负载上的输出端电压来获取LDO瞬态发生情况。当负载电流由低向高、或者由高向低突变时，输出电压将会下降或升高，当其变化幅度大于一定程度时，摆率增强电路开始启动，迅速对调整管栅极进行充电或者放电，以快速改变调整管的导通程度，从而控制导通电流来满足负载要求，并且降低输出电压过冲。
本发明的有益效果：本发明通过改进电路结构，在集成芯片外无需外接输出电容，仿真结果显示，本发明能够显著能够增强LDO的瞬态响应能力而不会减弱其他性能。
附图说明
图1为传统LDO电路原理图。
图2为基于电压感应的摆率增强电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步阐述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例一
如图2所示，一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，包括电容Co、调整管Mp、误差放大器EA、电阻R1～R6和摆率增强电路；所述摆率增强电路的输出端接调整管Mp的栅极，摆率增强电路的输入端为VHD，GND，Vref，Vf1和Vf2，调整管Mp的栅极接误差放大器EA的输出端，
调整管Mp的漏极通过输出电容Co接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R2与R1接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R4与R3接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R6与R5接地；电阻R1与R2间的引出端Vf与误差放大器的正输入端连接，误差放大器的负输入端接基准电压源Vref；电阻R3与R4间的引出端Vf1和电阻R5与R6间的引出端Vf2与摆率增强电路的输入端连接。
其中摆率增强电路包括第一比较器OA1、第二比较器OA2、NMOS管MSK1和PMOS管MSR1，所述电阻R3与R4间的引出端Vf1接第一比较器OA1的负输入端连接，第一比较器OA1的输出端接NMOS管MSK1的栅极，所述电阻R5与R6间的引出端Vf2与第二比较器OA2的负输入端连接，第二比较器OA2的输出端接PMOS管MSR1的栅极，所述NMOS管MSK1和PMOS管MSR1构成推挽输出电路，NMOS管MSK1的源极接地，NMOS管MSK1的漏极接调整管Mp的栅极，PMOS管MSR1的源极接调整管Mp的源极。
在本实施例中，调整管Mp为PMOS管。
电阻网络R3-R6将输出电压用电阻进行分压后得到反馈电压Vf1和Vf2。反馈电压Vf1与Vref输入到比较器OA1，驱动NMOS管MSK1；Vf2与Vref输入到比较器OA2，驱动PMOS管MSR1。MSK1和MSR1构成推挽输出电路，当瞬态发生时开始启动。
当负载电流由低到高突变时，调整管Mp无法及时导通足够大的电流，输出电容Co放电给负载提出电流，因此输出电压开始降低。通过反馈电阻检测到的电压采样Vf1和Vf2也开始降低，降低到一定程度后，经过与Vref进行比对，比较器OA1和OA2都输出高电平，MSK1导通，MSR1截止。于是打开了MSK1支路，调整管Mp的栅极电压被迅速拉低，调整管Mp的栅源电压差增大，导通更多的电流提供给负载，输出电容停止放电且开始慢慢充电，输出电压停止降低且开始回升。
当负载电流由高到低突变时，调整管Mp无法及时关闭，过多的电流流过调整管对输出电容充电，输出电压开始升高。分压电阻检测到的电压Vf1和Vf2也升高，升高到一定程度后，经过与Vref进行比对，比较器OA1和OA2输出低电平，MSK1截止，MSR1导通。于是打开了MSR1支路，栅极电压迅速升高，调整管Mp的栅源电压迅速降低，关断调整管Mp，减少电流流过调整管Mp，输出电容停止充电并开始缓慢放电，从而阻止了输出电压的进一步升高，并使输出电压开始回落到正常水平。
在实际设计中，输入电压为3V，LDO输出电压为1.8V，R1=310kΩ，R2=200kΩ，R3=360kΩ，R4=200kΩ，R5=290kΩ，R6=200kΩ，由电阻分压可得： 也就是说稳定工作状态下，Vf1略大于Vref，Vf2略小于Vref，使OA1输出低电平、OA2输出高电平，关断MSK1和MSR1，从而降低LDO稳定工作时的静态电流。只有在输出电压发生瞬态变化时，“基于电压感应的摆率增强电路”才开始工作。在稳定工作条件下，比较器OA1的输出端直流工作点为低电平，OA2输出端的直流工作点为高电平。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，包括电容Co，其特征在于，还包括调整管Mp、误差放大器EA、电阻R1～R6和摆率增强电路；所述摆率增强电路的输出端接调整管Mp的栅极，摆率增强电路的输入端为VHD，GND，Vref，Vf1和Vf2，调整管Mp的栅极接误差放大器EA的输出端；
调整管Mp的漏极通过输出电容Co接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R2与R1接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R4与R3接地；调整管Mp的漏极通过串联连接的电阻R6与R5接地；电阻R1与R2间的引出端Vf与误差放大器EA的正输入端连接，误差放大器EA的负输入端接基准电压源Vref；电阻R3与R4间的引出端Vf1和电阻R5与R6间的引出端Vf2与摆率增强电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，其特征在于，所述摆率增强电路包括第一比较器OA1、第二比较器OA2、NMOS管MSK1和PMOS管MSR1，所述电阻R3与R4间的引出端Vf1接第一比较器OA1的负输入端连接，第一比较器OA1的输出端接NMOS管MSK1的栅极，所述电阻R5与R6间的引出端Vf2与第二比较器OA2的负输入端连接，第二比较器OA2的输出端接PMOS管MSR1的栅极，所述NMOS管MSK1和PMOS管MSR1构成推挽输出电路，NMOS管MSK1的源极接地，NMOS管MSK1的漏极接调整管Mp的栅极，PMOS管MSR1的源极接调整管的源极。
3.根据权利要求1所述的基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，其特征在于，所述调整管Mp为PMOS管。
4.根据权利要求1所述的基于电压感应的LDO瞬态响应增强电路，其特征在于，所述
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