CN105955390A

CN105955390A - 低压差线性稳压器模块、芯片及通信终端

Info

Publication number: CN105955390A
Application number: CN201610518868.XA
Authority: CN
Inventors: 李艳伟
Original assignee: Vanchip Tianjin Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Vanchip Tianjin Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2016-09-21

Abstract

本发明公开了一种低压差线性稳压器模块、芯片及通信终端。在该低压差线性稳压器模块中，包括由误差放大器、调整管和反馈电路组成的低压差线性稳压器，还包括阻容元件和缓冲器；缓冲器的输入端连接误差放大器的输出端，输出端连接调整管；阻容元件的一端连接缓冲器的输入端，另一端接地。本发明一方面有效提高了电源抑制比，另一方面在提高电源抑制比的同时，极大地改善了低压差线性稳压器的稳定性。

Description

低压差线性稳压器模块、芯片及通信终端

技术领域

本发明涉及一种低压差线性稳压器模块，同时也涉及采用该低压差线性稳压器模块的集成电路芯片及相应的通信终端，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着通信技术的不断发展，要求下一代通信设备能够在更窄的带宽，更短的时间传递更多的信息量，这就对电源管理类芯片提出了更高的要求。作为电源管理类芯片的重要组成部分，低压差线性稳压器(low dropout regulator，简称为LDO)因为具有低噪声、低成本等优点，在便携式通信设备中得到了越来越广泛的应用。但它具有较低的电源抑制比，使得其作为控制电路，特别是射频电路的控制电路，受到了很大的限制，同时由负载电流变化所引起的稳定性问题，也使得它的工作范围受到了很大的限制。

在现有技术中，提高电源抑制比的常用方法是对电源进行预处理，但这种解决方案是以降低低压差线性稳压器的工作效率和增加电路设计复杂度为代价的。另一方面，低压差线性稳压器的负载变化范围较大，受负载变化的影响，其稳定性较差。传统的解决方案是利用输出电容的等效电阻来进行补偿，但这种解决方案需要增加分立电容元件，而且对输出电容的要求很高，会提高电源管理电路的成本。

复旦大学在申请号为200910047606.X的中国专利申请中，提出一种精度和电源抑制比增强的低压差线性稳压器(LDO),由误差放大器、电压缓冲器、PMOS调整管、电阻反馈网络以及输出电容构成。该低压差线性稳压器,在不改变输出点阻抗,不影响LDO的环路稳定性的情况下,在误差放大器内部引入一个具有一定增益的中间放大级,通过内部节点阻抗的提高,增加了直流增益,因此,在实现稳定的频率补偿的同时,提高了LDO的精度以及电源抑制比。

另外，复旦大学在申请号为201010217348.8的中国专利申请中，进一步提出一种带前馈跨导的高电源抑制比低压差线性稳压器。它由误差放大器、缓冲器、PMOS传输管、前馈跨导、两个反馈电阻和滤波电容组成。误差放大器由尾电流源、PMOS输入差分对以及三组电流镜构成电流镜放大器。电源电压波动对输出的影响主要通过PMOS传输管和PMOS传输管的寄生电阻这两条通路。前馈跨导将电源电压的扰动转化为电流的扰动,再经过误差放大器的寄生电阻转化为传输管栅极的一个同相电压扰动。通过控制前馈跨导的增益,可消除电源电压扰动对输出的影响,实现高电源抑制比。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种低压差线性稳压器模块。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用该低压差线性稳压器模块的集成电路芯片及相应的通信终端。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种低压差线性稳压器模块，包括由误差放大器、调整管和反馈电路组成的低压差线性稳压器，还包括阻容元件和缓冲器；

所述缓冲器的输入端连接所述误差放大器的输出端，输出端连接所述调整管；

所述阻容元件的一端连接所述缓冲器的输入端，另一端接地。

其中较优地，所述阻容元件由参数可变的电阻与电容串联而成。

其中较优地，所述阻容元件由一个工作在线性区的PMOS管和电容构成；其中，所述PMOS管的源极与所述误差放大器的输出端相连，栅极与地相连，漏极与所述电容的一端相连，所述电容的另一端接地。

其中较优地，通过取样负载电流的变化，调节所述电阻或所述PMOS管的等效电阻的大小，从而产生能够抵消输出极点的零点。

其中较优地，所述缓冲器由一个PMOS管和一个NMOS管构成；其中，所述PMOS管的源极与电源相连，栅极和漏极相连，并连接到所述NMOS管的漏极，所述NMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端相连，其源极接地。

其中较优地，还包括一个PMOS管，所述PMOS管的栅极连接所述调整管的栅极，漏极连接所述误差放大器的负极端，源极连接所述缓冲器的输出端。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种集成电路芯片，所述芯片中包括有上述的低压差线性稳压器模块。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种通信终端，所述通信终端中包括有上述的低压差线性稳压器模块。

与现有技术相比较，本发明所提供的低压差线性稳压器模块一方面有效提高了电源抑制比，另一方面在提高电源抑制比的同时，极大地改善了低压差线性稳压器的稳定性。

附图说明

图1为本发明的实施例1中，低压差线性稳压器模块的电路原理图；

图2为本发明的实施例2中，低压差线性稳压器模块的电路原理图；

图3为本发明的实施例3中，低压差线性稳压器模块的电路原理图；

图4为本发明的实施例4中，低压差线性稳压器模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图1所示，本发明所提供的低压差线性稳压器模块由误差放大器102、调整管M0、反馈电路104、可变阻容元件201和缓冲器(buffer)301构成。其中，误差放大器102、调整管M0(103)和反馈电路104组成一个基本型的低压差线性稳压器，其输入信号由基准电压Vref控制。在本发明的一个实施例中，调整管M0优选为PMOS管。在图1所示的实施例1中，误差放大器102的正极端接基准电压Vref，负极端通过反馈电路104接PMOS调整管的漏极，其输出端连接可变阻容元件201和缓冲器301，缓冲器301的输出端连接PMOS调整管的栅极。可变阻容元件201由参数可变的电阻Rc与电容Cc串联而成，其一端接在误差放大器102的输出端与缓冲器301的输入端之间，另一端接地。在上述低压差线性稳压器模块中，由于增加了缓冲器，可以提高低压差线性稳压器模块的电源抑制比。

在图1所示的实施例1中，缓冲器301由一个运算放大器电路实现，其功能较为有限。为此，在图2所示的实施例2中，对图1所示的低压差线性稳压器模块进行了局部改造，将由运算放大器电路实现的缓冲器改由一个PMOS管M1(301)和一个NMOS管M2(302)构成。其中，PMOS管M1的源极与电源相连，栅极和漏极相连，并连接到NMOS管M2的漏极。NMOS管302的栅极与误差放大器102的输出端相连，其源极接地。另一方面，可变阻容元件改由一个工作在线性区的PMOS管M3(201)和电容202构成。其中，PMOS管M3的源极与误差放大器102的输出端相连，栅极与地相连，漏极与电容202的一端相连，电容202的另一端接地。

在图2所示的实施例2中，PMOS管M1接成二极管形式，其等效电阻会比较小，为1/_gmp(_gmp表示M1的跨导)。当电源电压上有抖动时，由于NMOS管M2的小信号的等效电阻比较大，为rdsn(rdsn为M2的源漏极之间的等效电阻)，则调整管M0的栅极上分得的电源电压抖动为ΔV＝(rdsn/rdsn+1/gmp)ΔV_power，其中ΔV_power为电源电压抖动，由于rds〉〉1/gm，所以调整管M0栅极上的电源电压抖动，基本为ΔV_power。此时对于调整管M0，相当于栅源极电压小信号变化为零，这样电源电压的抖动就不会传输到输出端，从而有效提高了电源抑制比。

另一方面，当低压差线性稳压器模块输出的负载电流在100mA左右时，调整管M0所需尺寸会达到几个毫米，其栅极寄生电容往往可以达到几百个皮法。此时为保证整个电路的稳定性，本发明中进一步采用了零点随负载电流变化的补偿方法，具体说明如下：众所周知，当负载电流发生变化时，在负载端产生的极点会有很大的变化，为保证电路的稳定性，在本发明中采用了RC补偿网络，通过取样负载电流的变化，来调节电阻Rc(或PMOS管M3的等效电阻)的大小，从而产生能够抵消输出极点的零点，保证环路的稳定性。具体来讲，电路会产生三个极点：

P1＝1/2π(Rout1+Rc)*C

P2＝1/2πRout2*Cg

P3＝1/2πRds*CL＝λ*ID1/2πCL≈λ*IL/2πCL

和一个零点

Z1＝1/2πRc*Cc＝λ*ID3/2πCc

其中，Rout1为误差放大器102的输出阻抗，C为RC补偿网络中的电容Cc与节点Vout1寄生电容的和，Rout2为第二级放大器的输出阻抗，C_g为调整管M0的栅极寄生电容，Rds为调整管M0的源漏极之间的等效电阻，CL为负载电容，ID1为流过调整管M0的电流，IL为负载电流，λ为沟道长度调制效应，ID3为流过PMOS管M3的电流。

从第三个极点可以看出，其与负载电流的大小成正比。当负载电流变大时，P3变大，根据I＝K(W/L)Δ²，K＝1/2μ_pC_ox，μ_p为空穴迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，Δ为过驱动电压，调整管M0的过驱动电压变大，由Δ＝V_GS-V_TH，V_TH为阈值电压，可知调整管M0的V_G变小,V_G为调整管M0的栅极电压，同理PMOS管M1的过驱动电压也会变大，则流过PMOS管M1的电流变大，同样流过NMOS管M2的电流也会增大，则NMOS管M2的V_G变大，PMOS管M3的源极电压变大，其过驱动电压也将变大，流过PMOS管M1的电流也将变大，Z1变大，可以跟随电流变化，抵消P3对稳定性的影响。当负载电流很小时，第三个极点会变得很小，可能会成为主极点，此时零点也会变小，来抵消P3极点对电路稳定性的影响。与此同时，Z1的加入也减小了第一个极点P1，进一步提高了整个电路的稳定性。

在图3所示的实施例3中，进一步增加了一个PMOS管M4(401)。该PMOS管M4的栅极连接调整管M0的栅极，漏极连接误差放大器102的负极端，源极连接缓冲器301的输出端。当流过负载的电流变大时，根据I＝K(W/L)Δ²，K＝1/2μ_pC_ox，μ_p为空穴迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，Δ为过驱动电压，调整管M0的过驱动电压变大，由Δ＝V_GS-V_TH，V_TH为阈值电压，可知调整管M0的V_G变小,V_G为调整管M0的栅极电压，由于调整管M0的栅极与PMOS管M4的栅极相连，其V_G也将变小，其过驱动电压变小，流过PMOS管M4的电流也将变小，同理当流过负载的电流变小时，流过PMOS管M4的电流变大，则流过调整管M0的电流保持不变，极点P3也将保持不变，此时再在电路中增加一个固定的零点来抵消此极点的影响，可以进一步提高电路稳定性，满足低压差线性稳压器模块在负载变化较大时的实际需求。

图4是本发明的实施例4的电路原理图。在实施例4中，低压差线性稳压器模块由低压差线性稳压器101、固定阻容元件、缓冲器301和稳流管构成。其中，低压差线性稳压器由误差放大器102、调整管103和反馈电路104构成。该误差放大器的正极端接基准电压Vref，负极端通过反馈电路连接调整管103的漏极，其输出连接固定阻容元件和缓冲器301。缓冲器301的输出连接调整管103的栅极。固定阻容元件由参数固定的电阻201和电容202构成，电阻201一端接误差放大器102的输出端，另一端接电容202的一个极板，电容202的另一个极板接地。稳流管包括一个NMOS管M4(401)，此NMOS管M4(401)的栅极连接调整管103的栅极，其源极接地，漏极接调整管103的漏极。缓冲器由一个PMOS管M1(301)和一个NMOS管M2(302)构成。其中PMOS管M1(301)的源极与电源相连，栅极和漏极相连，并连接到NMOS管M2(302)的漏极，NMOS管302的栅极与误差放大器102的输出端相连，其源极接地。在实施例4中，一方面采用PMOS管M1(301)和NMOS管M2(302)构成的缓冲器，另一方面采用类似实施例3中的PMOS管M4作为稳流管，从而使该低压差线性稳压器模块具有很高的电源抑制比，并且稳定性不受负载电流变化的影响。

上述实施例中所示出的低压差线性稳压器模块可以被用在芯片(例如电源管理类芯片)中。对该电源管理类芯片中的低压差线性稳压器模块结构，在此就不再一一详述了。

另外，上述低压差线性稳压器模块还可以被用在通信终端中，作为电源管理电路的重要组成部分。这里所说的通信终端指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括但不限于移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，该低压差线性稳压器模块也适用于其他电源管理电路应用的场合，例如兼容多种通信制式的通信基站等，在此就不一一详述了。

上面对本发明所提供的低压差线性稳压器模块、芯片及通信终端进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims

1.一种低压差线性稳压器模块，包括由误差放大器、调整管和反馈电路组成的低压差线性稳压器，其特征在于还包括阻容元件和缓冲器；

2.如权利要求1所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

所述阻容元件由参数可变的电阻与电容串联而成。

3.如权利要求1所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

所述阻容元件由一个工作在线性区的PMOS管和电容构成；其中，所述PMOS管的源极与所述误差放大器的输出端相连，栅极与地相连，漏极与所述电容的一端相连，所述电容的另一端接地。

4.如权利要求2或3所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

通过取样负载电流的变化，调节所述电阻或所述PMOS管的等效电阻的大小，从而产生能够抵消输出极点的零点。

5.如权利要求1所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

所述阻容元件由参数固定的电阻与电容串联而成。

6.如权利要求1所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

所述缓冲器由一个PMOS管和一个NMOS管构成；其中，所述PMOS管的源极与电源相连，栅极和漏极相连，并连接到所述NMOS管的漏极，所述NMOS管的栅极与所述误差放大器的输出端相连，其源极接地。

7.如权利要求1所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于：

所述调整管为PMOS管。

8.如权利要求7所述的低压差线性稳压器模块，其特征在于还包括一个PMOS管，所述PMOS管的栅极连接所述调整管的栅极，漏极连接所述误差放大器的负极端，源极连接所述缓冲器的输出端。

9.一种集成电路芯片，其特征在于，所述集成电路芯片中包括有权利要求1～8中任意一种所述的低压差线性稳压器模块。

10.一种通信终端，其特征在于，所述通信终端中包括有权利要求1～8中任意一种所述的低压差线性稳压器模块。