CN106094953A - 一种改进ldo频率的补偿电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进LDO频率的补偿电路及其方法，包括连接于调整管MP的补偿电路，补偿电路包括增益放大器Ac、片上补偿电容Cc和分压电阻R1和R2；增益放大器Ac的输入端连接LDO电路的电压输出节点Vout，其输出端连接片上补偿电容Cc的一端，片上补偿电容Cc另一端连接到LDO电路中增益放大器A1的反馈节点Vfb；本发明通过在LDO输出端进行有源补偿，对系统添加零点，提高系统的相位裕度和增益裕度，增加系统的稳定性；本发明可适用于低功耗LDO，大大减小补偿所需无源器件的值，以减小电路所占芯片面积。并且本发明不受输出电容值和等效ESR大小限制，使得频率补偿更为强健。

Description

一种改进LDO频率的补偿电路及其方法
技术领域
本发明涉及一种改进LDO频率的补偿电路及其方法，属于晶体管MOS电路技术领域。
背景技术
便携式移动设备的兴起使得芯片的集成度，低功耗和低成本成为了电子系统设计的必须要求。通常移动设备由3.6V的小容量锂离子电池供电。然而随着工艺的进步和更低功耗的需求，主流的片上系统(SoC)模块往往只需要采用1.8V或更低的电压来保证电路的正常运行。因此，稳定、有效并且低成本的降压电路成为了SoC中的必备模块。
LDO(low dropout)作为一种简单有效的线性稳压(linear regulator)解决方案，已经成为了SoC的重要组成部分。然而，作为一种负反馈系统，LDO设计不可避免的牵涉到了系统稳定性的分析。相位裕度(phase margin)和增益裕度(gain margin)作为一种线性系统稳定性的指标，对系统的稳定性做出了直观的衡量。通常，用于模拟模块的LDO，相位裕度要求大于45度；用于数字模块的LDO，相位裕度要求大于30度。增益裕度通常以大于7dB为要求。若系统无法达到上述要求，则LDO的输出会产生较大的噪声，对系统性能造成影响。若相位裕度小于0度，则LDO输出会产生震荡，使得系统无法正常工作。
LDO频率补偿的方式多种多样，然而其中较简单的补偿方式在现行低功耗低成本的系统要求下已经很难产生明显效果；而一些补偿方式电路过于复杂，并且针对不同LDO结构适用性较弱，使得设计时间大大增加，也提高了开发成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种更简单直观，易用且低成本的改进LDO频率的补偿电路及其方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种改进LDO频率的补偿电路，包括连接于调整管MP的补偿电路，所述补偿电路包括增益放大器Ac、片上补偿电容Cc、分压电阻R1和R2；
所述分压电阻R1的一端连接到所述调整管MP的一端，其另一端连接到所述分压电阻R2的一端，所述分压电阻R2的另一端接地；
所述增益放大器Ac的输入端连接LDO电路的电压输出节点Vout，其输出端连接片上补偿电容Cc的一端，所述片上补偿电容Cc另一端连接到LDO电路中增益放大器A1的反馈节点Vfb，并且所述片上补偿电容Cc并联在所述分压电阻R1的两端。
优选地，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有负载电容CLoad。
优选地，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有输出电阻RLoad。
一种采用以上所述补偿电路的补偿方法，包括以下步骤：
(1)计算补偿电路的极点；
(2)计算补偿电路的零点；
(3)将所述零点产生的相位抵消所述极点的相位，提高相位裕度和增益裕度，增加系统稳定性。
优选地，所述步骤(1)具体为：通过公式计算出极点ωp。
优选地，所述步骤(2)具体为：通过公式计算出零点ωz。
本发明的有益效果是：本发明通过在LDO输出端进行有源补偿，对系统添加零点，提高系统的相位裕度和增益裕度，增加系统的稳定性；本发明可适用于低功耗LDO，大大减小补偿所需无源器件的值，以减小电路所占芯片面积。并且本发明不受输出电容值和等效ESR大小限制，使得频率补偿更为强健。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述改进LDO频率的补偿电路一个实施例的电路图；
图2是本发明所述补偿方法的流程图；
图3是本发明所述补偿方法的试验效果图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种改进LDO频率的补偿电路，包括连接于调整管MP的补偿电路，所述调整管MP的一端与LDO电路的放大器A1连接，另一端连接电源端Vdd，所述补偿电路包括增益放大器Ac、片上补偿电容Cc、和分压电阻R1和R2；
所述分压电阻R1的一端连接到所述调整管MP的一端，所述LDO电路的电压输出节点Vout与电阻R1连接到所述调整管MP的同一个端，其另一端连接到所述分压电阻R2的一端，所述分压电阻R2的另一端接地；
所述增益放大器Ac的输入端连接LDO电路的电压输出节点Vout，其输出端连接片上补偿电容Cc的一端，所述片上补偿电容Cc另一端连接到LDO电路中增益放大器A1的反馈节点Vfb，并且所述片上补偿电容Cc并联在所述分压电阻R1的两端，与图1所示，所述补偿电容Cc连接到节点Vfb的连线与分压电阻R1和R2之间的连接线相交，使得补偿电容Cc并联在所述分压电阻R1的两侧。
本发明通过设置增益放大器Ac，本发明改进之后LDO的Bode plot，如图3所示，可发现增益裕度从8dB提升至了14dB，大大提高了LDO系统的稳定性。
由于补偿电容Cc的值经由放大器增加Ac倍，因此Cc电容值的选取可变为原先的1/Ac，有效地减小了电路的面积，可以将本补偿电路用于更小的设备，满足现在各种便携式移动设备轻量化、小巧化的要求。
优选地，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有负载电容CLoad，所述负载电容CLoad优选的通常在0.1uF-10uF之间，但还可根据需要进行选择。
优选地，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有输出电阻RLoad。
实施例2
一种采用以上所述补偿电路的补偿方法，如图2所示，包括以下步骤：
(1)计算补偿电路的极点，通过公式计算出极点ωp；
(2)计算补偿电路的零点，通过公式计算出零点ωz；
(3)将所述零点产生的相位抵消所述极点的相位，提高相位裕度和增益裕度，增加系统稳定性。
现有通过补偿电容Cc形成了一对零极点，但是为了补偿Hz级别的极点，补偿电容Cc必须使用高电容值，使得电路占用面积大大增加，提高了芯片的成本。
本发明在Cc之前添加正相放大器Ac，使得改进后零点产生的位置变为：
ω z = 1 A c R 1 C c ,
极点位置保持不变。因此，零点和极点的距离增加，零点的有效性提高，系统的稳定性随之提高。零极点距离增加的倍数为Ac，通常介于5-50之间。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种改进LDO频率的补偿电路，其特征在于，包括连接于调整管MP的补偿电路，所述补偿电路包括增益放大器Ac、片上补偿电容Cc、分压电阻R1和R2；
所述分压电阻R1的一端连接到所述调整管MP的一端，所述分压电阻R1的另一端连接到所述分压电阻R2的一端，所述分压电阻R2的另一端接地；
所述增益放大器Ac的输入端连接LDO电路的电压输出节点Vout，其输出端连接片上补偿电容Cc的一端，所述片上补偿电容Cc另一端连接到LDO电路中增益放大器A1的反馈节点Vfb，并且所述片上补偿电容Cc并联在所述分压电阻R1的两端。
2.如权利要求1所述的补偿电路，其特征在于，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有负载电容CLoad。
3.如权利要求1或2所述的补偿电路，其特征在于，所述调整管MP和电压输出节点Vout之间还连接有输出电阻RLoad。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述补偿电路的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)计算补偿电路的极点；
(2)计算补偿电路的零点；
(3)将所述零点产生的相位抵消所述极点的相位，提高相位裕度和增益裕度，增加系统稳定性。
5.如权利要求4所述的补偿方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：通过公式计算出极点ωp。
6.如权利要求4或5所述的补偿方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：通过公式计算出零点ωz。
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