CN103592989A - 低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容ldo电路 - Google Patents

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Abstract

一种低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，所述无输出电容LDO电路包括一基准电压模块、一与所述基准电压模块相连的电压缓冲器、一环路补偿网络、一LDO输出级调整管、一与所述基准电压模块、所述电压缓冲器、所述环路补偿网络及所述LDO输出调整管相连的高摆率电流拉拽式LDO驱动级，所述基准电压模块和电压缓冲器为所述无输出电容LDO电路提供输出电压的缓冲级电压，所述高摆率电流拉拽式LDO驱动级为所述无输出电容LDO电路实现无输出电容、低静态功耗及快速瞬态响应特性。本发明提高了无输出电容LDO的瞬态响应特性。

Description

低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路
 
技术领域
本发明涉及低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）的设计，具体涉及一种基于CMOS工艺的低静态功耗快速瞬态响应特性的无输出电容LDO电路。
 
背景技术
集成稳压器正向着高功率密度、高可靠性、高效率三个方向迈进，低压差线性稳压器（LDO）作为其中的一员，被越来越广泛地应用到便携式电子产品中，并向着片上系统（System on Chip，SOC）集成的方向发展。但是，传统的LDO需要挂载大的输出电容来满足其环路稳定性和负载瞬态响应要求，而这种大电容是不能通过片上集成的。为了达到片上集成、减少芯片外部器件进而节省成本的目的，无需挂载输出电容型LDO应运而生。但是，与传统的LDO相比，无输出电容型LDO在瞬态特性上存在着较大缺陷，其瞬态特性是其设计中的最大挑战。
现阶段用于增强LDO瞬态特性的技术主要包括：零点补偿技术、调整管栅极驱动技术、负载电流泻放技术、负载电流复制技术。这些技术直接或者间接的提高了压摆率和环路带宽，并增强了LDO的瞬态响应速度。其中，零点补偿技术和复杂电流泄放技术还是不能满足负载的快速响应需求；负载电流复制技术已经被用来实现了快速瞬态响应的无输出电容LDO，但是需要较高的直流功耗；而在超快速负载切换的应用下，传统的调整管栅极驱动技术很难为无输出电容LDO带来优秀的瞬态特性。
 
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种基于CMOS工艺的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路。
一种低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，所述无输出电容LDO电路包括一基准电压模块、一与所述基准电压模块相连的电压缓冲器、一环路补偿网络、一LDO输出级调整管、一与所述基准电压模块、所述电压缓冲器、所述环路补偿网络及所述LDO输出调整管相连的高摆率电流拉拽式LDO驱动级，所述基准电压模块和电压缓冲器为所述无输出电容LDO电路提供输出电压的缓冲级电压，所述高摆率电流拉拽式LDO驱动级为所述无输出电容LDO电路实现无输出电容、低静态功耗及快速瞬态响应特性。
相对现有技术，本发明采用电流拉拽式结构实现了低静态功耗情形下LDO驱动级的高摆率，瞬态变换时该LDO驱动级可以迅速为LDO输出级调整管提供大的充电电流或放电电流，进而显著地提高无输出电容LDO的瞬态响应特性。同时，低输入阻抗的LDO驱动级和环路补偿网络使无输出电容LDO得到有效的环路补偿，从而使其在全负载范围内都具备良好的环路稳定性。
附图说明
图1为本发明低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路中LDO输出级调整管为P型场效应管的主要电路框图。
图2为本发明低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路中LDO输出级调整管为N型场效应管的主要电路框图。
 
具体实施方式
    图1中：1.基准电压模块；2.电压缓冲器；3.电压放大器；4. 高摆率电流拉拽式LDO驱动级；5.环路补偿网络；6.LDO输出级P型调整管。
图2中：1.基准电压模块；2.电压缓冲器；3.电压放大器；4. 高摆率电流拉拽式LDO驱动级；5.环路补偿网络；6.LDO输出级N型调整管。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
见图1，本发明采用的电路结构之一是，包括基准电压模块（1）、电压缓冲器（2）、高摆率电流拉拽式LDO驱动级（4）、环路补偿网络（5）和LDO输出级P型调整管（6）。其中，电压缓冲器（2）包括电压放大器（3）、P型场效应管MP0、电阻R1及R2；高摆率电流拉拽式LDO驱动级（4）由N型场效应管MN0A、MN0B、MN1A、MN1B、MN2A和MN2B，P型场效应管MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A和MP3B构成；MPP管即为LDO输出级P型调整管（6）。
见图2，本发明采用的电路结构之二是，包括基准电压模块（1）、电压缓冲器（2）、高摆率电流拉拽式LDO驱动级（4）、环路补偿网络（5）和LDO输出级N型调整管（6）。其中，电压缓冲器（2）包括缓冲放大器（3）、P型场效应管MP0、电阻R1及R2；高摆率电流拉拽式LDO驱动级（4）由N型场效应管MN0A、MN0B、MN1A、MN1B、MN2A和MN2B，P型场效应管MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A和MP3B构成；MPN管即为LDO输出级N型调整管（6）。
图1和图2中，基准电压模块（1）为电压缓冲器（2）提供基准电压，同时为LDO驱动级（4）提供偏置电压。电压缓冲器（2）包括缓冲放大器（3）、P型场效应管MP0、电阻R1及R2，其中P型场效应管MP0、电阻R1及R2构成电压缓冲器的输出级。电压缓冲器（2）将反馈点钳位至基准电压，从而生成与基准电压成比例关系的电压，该电压与LDO输出电压等值，满足以下关系：。
图1和图2中，高摆率电流拉拽式LDO驱动级（4）由N型场效应管MN0A、MN0B、MN1A、MN1B、MN2A和MN2B，P型场效应管MP1A、MP1B、MP2A、MP2B、MP3A和MP3B构成。LDO驱动级实质为拉拽式输出的电流放大器，其中P型场效应管MP1A、MP1B、MP2A和MP2B构成输入级，N型场效应管MN0A和MN0B为该电流放大器提供偏置电流，N型场效应管MN1A、MN1B、MN2A、MN2B和P型场效应管MP3A、MP3B构成拉拽式输出级。
图1中，当VOUT有升高趋势时，流经P型场效应管MP2B和N型场效应管MN2A的电流增大，从而流过N型场效应管MN2B和P型场效应管MP3B的电流增大，流过P型场效应管MP3A的电流增大；另一方面，流经P型场效应管MP1A和N型场效应管MN1A的电流减小，从而流过N型场效应管MN1B的电流减小。P型场效应管MP3A和N型场效应管MN1B的同时作用下，有较大的电流迅速对LDO输出级P型调整管MPP的栅极进行充电，使VOUT电压降低。当VOUT有降低趋势时，流经P型场效应管MP2B和N型场效应管MN2A的电流减小，从而流过N型场效应管MN2B和P型场效应管MP3B的电流减小，流过P型场效应管MP3A的电流减小；另一方面，流经P型场效应管MP1A和N型场效应管MN1A的电流增大，从而流过N型场效应管MN1B的电流增大。P型场效应管MP3A和N型场效应管MN1B的同时作用下，有较大的电流迅速对LDO输出级P型调整管MPP的栅极进行放电，使VOUT电压升高。
图2中，当VOUT有升高趋势时，流经P型场效应管MP2B和N型场效应管MN2A的电流增大，从而流过N型场效应管MN2A和P型场效应管MP2B的电流增大；另一方面，流经P型场效应管MP1A和N型场效应管MN1A的电流减小，从而流过N型场效应管MN1B和P型场效应管MP3B的电流减小。P型场效应管MP3A和N型场效应管MN2B的同时作用下，有较大的电流迅速对LDO输出级N型调整管MPN的栅极进行放电，使VOUT电压降低。当VOUT有降低趋势时，流经P型场效应管MP2B和N型场效应管MN2A的电流减小，从而流过N型场效应管MN2A和P型场效应管MP2B的电流减小；另一方面，流经P型场效应管MP1A和N型场效应管MN1A的电流增大，从而流过N型场效应管MN1B和P型场效应管MP3B的电流增大。P型场效应管MP3A和N型场效应管MN2B的同时作用下，有较大的电流迅速对LDO输出级N型调整管MPN的栅极进行充电，使VOUT电压升高。
上述两种情形下，均能在输出电压变化时产生大的瞬态电流，对调整管栅极电容进行快速充电或放电，从而使LDO输出级具有快速的稳压能力，也可称之为快速的负载瞬态响应能力。
图1和图2中，高摆率电流拉拽式LDO驱动级的输入阻抗为，它使无输出电容LDO的开环输出阻抗由变化至 （其中表示LDO输出级调整管的导通电阻），使LDO开环输出阻抗在支持的所有负载电流范围内都为低阻值，进而将输出极点推向高频，使无输出电容LDO得到更有效的环路补偿。

Claims (6)

1.一种低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述无输出电容LDO电路包括一基准电压模块、一与所述基准电压模块相连的电压缓冲器、一环路补偿网络、一LDO输出级调整管、一与所述基准电压模块、所述电压缓冲器、所述环路补偿网络及所述LDO输出调整管相连的高摆率电流拉拽式LDO驱动级，所述基准电压模块与所述电压缓冲器为所述无输出电容LDO电路提供一输出电压的缓冲级电压，所述高摆率电流拉拽式LDO驱动级为所述无输出电容LDO电路实现低功耗和无输出电容情形下的快速瞬态响应特性。
2.如权利要求1所述的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述电压缓冲器包括一电压放大器、一与所述电压放大器相连的第一P型场效应管MP0、一与所述第一P型场效应管MP0相连的电阻R2、一与所述电压放大器及所述电阻R2相连的电阻R1、一与所述P型场效应管MP0及所述电阻R2相连的电容C1。
3.如权利要求1所述的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述LDO输出调整管为P型场效应管MPP，所述高摆率电流拉拽式LDO驱动级为LDO驱动级A。
4.如权利要求1所述的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述LDO输出调整管为N型场效应管MPN，所述高摆率电流拉拽式LDO驱动级为LDO驱动级B。
5.如权利要求3所述的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述LDO驱动级A包括一与所述基准电压模块相连的N型场效应管MN0A、一与所述基准电压模块及N型场效应管MN0A相连的N型场效应管MN0B、一与所述N型场效应管MN0A及所述P型场效应管MPP相连的P型场效应管MP1B、一与所述N型场效应管MN0B及所述电压缓冲器相连的P型场效应管MP2A、一与所述P型场效应管MP1B及所述电压缓冲器相连的P型场效应管MP1A、一与所述P型场效应管MP2A及所述P型场效应管MPP相连的P型场效应管MP2B、一与所述P型场效应管MP1A相连的N型场效应管MN1A、一与所述P型场效应管MP2B相连的N型场效应管MN2A、一与所述N型场效应管MN1A相连的N型场效应管MN1B、一与所述N型场效应管MN2A相连的N型场效应管MN2B、一与所述N型场效应管MN2B相连的P型场效应管MP3B、一与所述P型场效应管MP3B及所述P型场效应管MPP及所述N型场效应管MN1B相连的P型场效应管MP3A。
6.如权利要求4所述的低静态功耗快速瞬态响应的无输出电容LDO电路，其特征在于：所述LDO驱动级B包括一与所述基准电压模块相连的N型场效应管MN0A、一与所述基准电压模块及N型场效应管MN0A相连的N型场效应管MN0B、一与所述N型场效应管MN0A及所述N型场效应管MPN相连的P型场效应管MP1B、一与所述N型场效应管MN0B及所述电压缓冲器相连的P型场效应管MP2A、一与所述P型场效应管MP1B及所述电压缓冲器相连的P型场效应管MP1A、一与所述P型场效应管MP2A及所述N型场效应管MPN相连的P型场效应管MP2B、一与所述P型场效应管MP1A相连的N型场效应管MN1A、一与所述P型场效应管MP2B相连的N型场效应管MN2A、一与所述N型场效应管MN1A相连的N型场效应管MN1B、一与所述N型场效应管MN2A相连的N型场效应管MN2B、一与所述N型场效应管MN1B相连的P型场效应管MP3B、一与所述P型场效应管MP3B及所述N型场效应管MPN及所述N型场效应管MN2B相连的P型场效应管MP3A。
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