CN108235744B - 低压差线性稳压电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种低压差线性稳压电路。该低压差线性稳压电路包括：输出电压检测电路，用于检测所述低压差线性稳压电路的输出电压，并产生对应的反馈电压；误差放大电路，用于比较反馈电压和参考电压，并产生相应的误差电压；功率管，所述功率管的输出电流根据所述误差电压进行调整；以及衬底电压调整电路，连接至所述功率管，并配置成根据所述功率管的输出电流调整所述功率管的衬底电压，使得所述衬底电压在预定波动范围内随所述输出电流增大而降低，以此来适当降低功率管的阈值电压，大幅增加低压差线性稳压电路的最大输出电流。

Description

低压差线性稳压电路

技术领域

本发明实施例涉及电路技术，尤其涉及一种低压差线性稳压电路。

背景技术

LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)使用在其线性区域内运行的晶体管或场效应管(FET)，从输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。因其成本低，噪音低，静态电流小的特点，广泛应用于电源电路中。

图1是现有技术中一种LDO电路的基本电路结构图。LDO电路主要由以下三个模块构成：第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2组成的检测输出电压VOUT，并产生相应的反馈电压的输出电压检测电路、将反馈电压VF与参考电压VREF进行比较，并产生相应的误差电压VEA的误差放大器EA、根据误差电压VEA对输出电流进行调整的功率管M_P。AVDD和AVSS分别为电源以及公共地，I_L为负载电流。上述电路共同构成了负反馈网络，使得理想状态下输出电压VOUT与参考电压VREF成线性关系，以此抵消因输入电压、环境温度、负载电流等变化的影响，得到一个稳定的输出电压VOUT。输出电压的表达式如式(1)所示：

其中A为误差放大器的增益，g_mp为功率管M_P的跨导，r_out为LDO输出点的等效阻抗。

上述LDO电路至少存在两个极点：误差放大器输出点对应的极点ω_p1以及LDO输出点对应的极点ω_p2，其中分别可以表达为式(1)和式(2)：

其中，r_EA为误差放大器的等效输出阻抗，C_EA为误差放大器输出点的等效电容，C_OUT为LDO输出点的等效电容。

为了获得良好的瞬态响应特性，通常会在LDO的输出加入uF级别的负载电容，使得C_OUT很大。根据式(3)可知：ω_P2很低。为了能够提供大的负载电流范围，需要将功率管M_P的尺寸做的很大，这会使得C_EA较大，根据式(3)可知：ω_P1较低。这会导致负反馈环路不稳定。

为了保证环路稳定，现有技术对LDO电路已经进行了许多改进，包括Miller补偿技术、间接补偿技术和极点分裂等技术，这些技术虽然提高了LDO在大范围电流负载下的环路稳定性，但是无法有效提升电流输出能力，这导致现有的LDO电路在提升电流输出能力的同时需要增加功率管M_P的尺寸、补偿电路的尺寸以及静态功耗，有的情况下这是无法接受的开销。

发明内容

本发明实施例提供一种低压差线性稳压电路，以解决现有LDO电路提升电流能力开销过大的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种低压差线性稳压电路。该低压差线性稳压电路包括：输出电压检测电路，用于检测低压差线性稳压电路的输出电压，并产生相应的反馈电压；误差放大电路，用于比较反馈电压和参考电压，并产生相应的误差电压；功率管，功率管的输出电流根据误差电压进行调整；以及衬底电压调整电路，连接至功率管，并配置成根据功率管的输出电流调整功率管的衬底电压，使得衬底电压在预定波动范围内随输出电流增大而降低。

可选地，衬底电压调整电路包括：电流检测单元，用于检测功率管的输出电流；以及电压调整单元，与电流检测单元的输出相连，并配置成根据功率管的输出电流对衬底电压进行反馈控制，以使得衬底电压随输出电流增大而降低。

可选地，电流检测单元包括：第一场效应管，与功率管形成第一电流镜，第一电流镜用于按照第一电流镜像比例输出上述输出电流的第一镜像电流；第二场效应管和第三场效应管均工作在弱反型区，用于使第一场效应管与功率管的漏级电压近似相等，以提高第一电流镜的镜像精度，并且第一镜像电流通过第二场效应管输出；偏置电流源，为第三场效应管提供偏置电流。以及第四场效应管，与第五场效应管形成第二电流镜，其中第四场效应管接收第一镜像电流作为第二电流镜的镜像源。

可选地，第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管分别为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第四场效应管为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，并且第一场效应管的栅极、源极、衬底分别与功率管的栅极、源极、衬底一一连接；第二场效应管的栅极与第三场效应管的栅极连接，第二场效应管的源极连接第一场效应管的漏极；第三场效应管的源极连接功率管的漏极，第三场效应管的漏极与第三场效应的栅极以及偏置电流源均相连；第四场效应管的源极接地，第四场效应管的栅极以及漏极均与第二场效应管的漏极相连。

可选地，电压调整单元包括：第五场效应管，与第四场效应管形成第二电流镜，第二电流镜用于将第一镜像电流按照第二电流镜像比例缩小为第二镜像电流；电阻部件，与第五场效应管以及功率管的衬底分别连接，以根据第二镜像电流产生相应的衬底电压。

可选地，第五场效应管为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第五场效应管的栅极与第四场效应管的栅极连接，第五场效应管的源极接地；电阻部件包括串联的第一电阻和第二电阻，其中第一电阻连接功率管的源极，第二电阻连接第五场效应管的漏极，第一电阻和第二电阻的连接点与功率管的衬底连接，从而提供衬底电压。

可选地，上述低压差线性稳压电路还包括：衬底漏电保护单元，并联于电阻部件两端。

可选地，衬底漏电保护单元包括：第六场效应管，第六场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，并且第六场效应管的栅极以及漏极分别连接至第五场效应管的漏极，第六场效应管的源极连接至功率管的源极。

可选地，输出电压检测电路包括串联连接的第一反馈电阻和第二反馈电阻，第一反馈电阻连接功率管的输出端，第二反馈电阻接地，第一反馈电阻和第二反馈电阻连接点的电压作为反馈电压。

可选地，低压差线性稳压电路还包括Miller补偿电路，Miller补偿电路包括：串联连接的Miller补偿电容和Miller补偿电阻，Miller补偿电容连接误差放大器的输出端，Miller补偿电阻连接功率管的漏极。

可选地，低压差线性稳压电路还包括间接补偿电路，间接补偿电路包括：间接补偿电容和误差放大器的共源共栅管，间接补偿电容一端连接误差放大器的输出端，另一端连接共源共栅管的源极。

可选地，误差放大器包括第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管，第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管分别为N沟道场效应晶体管；第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管分别为P沟道场效应晶体管；第十二场效应管以及第十五场效应管作为共源共栅管；间接补偿电容一端连接至第十五场效应管的源极，另一端连接至功率管的输出端；第七场效应管的源极、第十场效应管的源极、第十一场效应管的源极分别连接电源；第八场效应管的源极以及第九场效应管的源极分别连接第七场效应管的漏极；第八场效应管的栅极连接反馈电压；第八场效应管的漏极连接第十二场效应管的源极；第九场效应管的栅极连接参考电压；第九场效应管的漏极连接第十五场效应管的源极；第十场效应管的栅极与第十一场效应管的栅极连接；第十场效应管的漏极与第十场效应管的栅极连接后连接至第十二场效应管的漏级；第十一场效应管的漏极输出误差电压，并与功率管的栅极以及第十五场效应管的漏极连接；第十二场效应管的源极还与第十三场效应管的漏极连接；第十五场效应管的源极与第十四场效应管的漏极连接；第十三场效应管的源极以及第十四场效应管的源极分别接地。

可选地，低压差线性稳压电路还包括：极点分裂电路，该极点分裂电路包括：具有低输入电容和低输出电阻的缓冲级，缓冲级连接在误差放大器与功率管之间。

可选地，缓冲级包括：缓冲级管，为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，缓冲级管的栅极连接误差放大器的输出端，缓冲级管的源极连接功率管的栅极，缓冲级管的漏极接地；缓冲电流源，缓冲电流源的第一端连接电源，缓冲电流源的第二端连接功率管的栅极和缓冲级管的源极。

根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路，通过检测功率管的输出电流的大小，自适应地调整功率管的衬底电压，以此来适当降低功率管的阈值电压，大幅增加低压差线性稳压电路的最大输出电流。

进一步地，本发明实施例提供的低压差线性稳压电路中，电流检测单元实时检测LDO功率管的电流大小；然后衬底电压调整单元根据电流检测电路的输出来调整功率管的衬底电压，功率管电流越大，衬底电压越低，功率管的电流能力就越强。

另外，衬底漏电保护单元用于避免功率管衬底电压过低导致的漏电。衬底电压自适应调整电路与LDO电路的主反馈环路是相互独立的，因此采用本方案不会对LDO电路的稳定性造成影响，可以被广泛应用于绝大多数现有结构的LDO电路。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一种LDO电路的基本电路结构图；

图2为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的示意框图；

图3为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的原理图；

图4为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的电路图；

图5为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于Miller补偿结构的LDO的电路示意图；

图6为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于间接补偿结构的LDO的电路示意图；以及

图7为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于极点分裂技术的LDO的电路示意图。

具体实施方式

为使得本发明实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

图2为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的示意框图，图3为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的原理图，该低压差线性稳压电路一般性地可以包括：输出电压检测电路110、误差放大电路120、功率管M_P、以及衬底电压调整电路130。

输出电压检测电路110、误差放大电路120、功率管M_P共同构成低压差线性稳压电路的主反馈控制电路，其中输出电压检测电路110用于检测低压差线性稳压电路的输出电压，并产生相应的反馈电压。误差放大电路120用于比较低压差线性稳压电路的反馈电压和参考电压，并产生相应的误差电压，功率管M_P的输出电流根据所述误差电压进行调整，也即，功率管M_P用于根据误差电压对自身的输出电流进行调整。图3中示出的功率管M_P使用P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，输出电压检测电路110包括第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2，第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2串联连接，其中第一反馈电阻R_F1连接功率管M_P的输出端，第二反馈电阻R_F2接地，第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2连接点的电压作为反馈电压，也即利用第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2对输出电压进行分压，从而使得低压差线性稳压电路的输出电压值按照第一反馈电阻R_F1和第二反馈电阻R_F2的阻值比例减小为反馈电压VF。该反馈电压VF直接反馈至误差放大器EA。误差放大电路120主要包括误差放大器EA，误差放大器EA将反馈电压VF与参考电压VREF进行比较，并产生相应的误差电压VEA。在另一些实施例中，本领域技术人员可以采用其他替代器件实现上述电路的功能。

衬底电压调整电路130连接至功率管M_P，并配置成根据功率管M_P的输出电流调整功率管M_P的衬底电压V_B，使得衬底电压V_B在预定波动范围内随输出电流增大而降低。一种实施例中，功率管M_P的漏极作为稳压电路的输出电压VOUT的输出端。

衬底电压调整电路130可以包括电流检测单元131、电压调整单元132、另外在一些实施例中还可以进一步包括衬底漏电保护单元133。

电流检测单元131用于检测功率管的输出电流。电压调整单元132与电流检测单元131的输出相连，并配置成根据功率管M_P的输出电流对衬底电压V_B进行反馈控制，以使得衬底电压V_B随输出电流增大而降低。衬底漏电保护单元133用于避免功率管M_P源极和衬底之间的二极管导通所产生的漏电。

以下结合一个实施例的电路图对上述衬底电压调整电路130进行介绍。图4为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路的电路图。

电流检测单元131包括：第一场效应管M_PC、第二场效应管M₁、第三场效应管M₂、偏置电流源I_B、第四场效应管M₃。第一场效应管M_PC与功率管M_P形成第一电流镜，该第一电流镜可以按照第一电流镜像比例(表示为X:1)输出上述输出电流的第一镜像电流。第二场效应管M₁和第三场效应管M₂，均工作在弱反型区，用于使第一场效应管M_PC与功率管的漏级电压近似相等，以提高第一电流镜的镜像精度，并且第一镜像电流通过第二场效应管M₁输出，偏置电流源I_B为第三场效应管M₂提供偏置电流。第四场效应管M₃与第二场效应管M₁连接，用于接收第一镜像电流。其中，第一电流镜像比例的X:1通常取较大的值，这样M₁管和M₃管上的电流较小。

电压调整单元132包括：第五场效应管M₄以及电阻部件，第五场效应管M₄与第四场效应管M₃连接，形成第二电流镜。第二电流镜用于将第一镜像电流按照第二电流镜像比例(表示为Y:1)缩小为第二镜像电流。

电阻部件与第五场效应管M₄以及功率管M_P的衬底分别连接，以根据第二镜像电流产生相应的衬底电压V_B。衬底漏电保护单元133并联于电阻部件两端。

在本实施例一种可选的电路结构中，第一场效应管M_PC、第二场效应管M₁、第三场效应管M₂分别为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第四场效应管M₃为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，第五场效应管M₄为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，作为衬底漏电保护单元133的第六场效应管M_D为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

第一场效应管M_PC的栅极、源极、衬底分别与功率管M_P的栅极、源极、衬底一一对应连接；第二场效应管M₁的栅极与第三场效应管M₂的栅极连接，第二场效应管M₁的源极连接第一场效应管M_PC的漏极；第三场效应管M₂的源极连接功率管M_P的漏极，第三场效应管M₂的漏极与第三场效应管M₂的栅极以及偏置电流源I_B均相连；第四场效应管M₃的源极接地AVSS，第四场效应管M₃的栅极以及漏极均与第二场效应管M₁的漏极相连。

第五场效应管M₄的栅极与第四场效应管M₃的栅极连接，第五场效应管M₄的源极接地AVSS；电阻部件包括串联的第一电阻R₁和第二电阻R₂，其中第一电阻R₁连接功率管M_P的源极(连接至电源AVDD)，第二电阻R₂连接第五场效应管M₄的漏极，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点与功率管M_P的衬底连接，从而提供衬底电压V_B。第六场效应管M_D的栅极以及漏极分别连接至第五场效应管M₄的漏极，第六场效应管M_D的源极连接至功率管M_P的源极。

输出电压检测电路110包括串联连接的第一反馈电阻RF1和第二反馈电阻RF2，其中，第一反馈电阻RF1连接功率管M_P的输出端，第二反馈电阻RF2接地，第一反馈电阻RF1和第二反馈电阻RF2连接点的电压作为反馈电压。

上述电路的工作原理为：

功率管M_P和M_PC管组成第一电流镜，其第一电流镜像比例为X:1，X通常取较大的值，这样M₁管和M₃管上的电流较小，M₁管配置为一个较大的宽长比(W/L)，可以使得M₁管工作在弱反型区。偏置电流I_B取一个很小的值，以减少LDO的静态功耗，M₂管也配置为较大的W/L，可以使得M₂管工作于弱反型区，可以得到M_PC管的漏极电压V1表达为式(4)：

V1≈V2+|V_TH,1|≈VOUT-|V_TH,2|+|V_TH,1|≈VOUT 式(4)

在式中，V2为M₁管和M₂管的栅极电压，V_TH,1为M1管的阈值电压，V_TH,2为M2管的阈值电压，VOUT是低压差线性稳压电路的输出电压(反馈电压)。由于功率管M_P和M_PC管的栅极电压相同，源极电压相同，衬底电压相同。并且功率管M_P和M_PC管的漏极电压近似相等。因此，M_PC管中的电流可以较为准确地镜像功率管M_P的电流，从而可以表达为式(5)：

其中，I_M3是M₃管上的电流，I_MP是功率管M_P的输出电流。

M₃管和M₄管组成第二电流镜，第二电流镜像比例为Y:1，M₃管和M₄管分别配置为较小的W/L，均工作在饱和区，以获得更准确的镜像比例。M₄管中的电流流过电阻R₁产生衬底控制电压V_B，从而得到式(6)：

V_SB,MP为功率管的源衬电压。由式(6)式可知：功率管M_P上的电流I_MP越大，源衬电压V_SB,MP就越大，并且选择合适的X、Y和R₁的值，可以在负载电流范围内得到一个范围合理的源衬电压V_SB,MP。进一步可以得到功率管M_P的阈值电压和饱和电流：

其中V_TH0是不存在衬偏效应时的阈值电压，对于PMOS为一负值；

是体效应系数；

是与衬底掺杂浓度和温度相关的一个电势；μ_n是电子迁移率；C_OX是单位面积的栅氧化电容；W/L是功率管M_P的宽长比。由式(7)和式(8)可知：源衬电压V_SB,MP越大，功率管M_P饱和时能够提供越大的电流，并且电流成指数增长。

当功率管M_P上的电流I_MP增加到一定程度时，电阻R₁和R₂上产生的压降将会使得M_D管导通，此后继续增加功率管上的电流，功率管的衬底电压V_B几乎不再下降。而R₁和R₂的分压作用使得M_D管栅源电压差始终大于功率管的源衬电压V_SB,MP。因此，功率管M_P的源衬电压V_SB,MP一定会小于M_D管的阈值电压，这可以避免功率管M_P源极和衬底之间的二极管导通所产生的漏电。

本实施例的低压差线性稳压电路，衬底电压自适应调整电路与LDO的主环路是相互独立的，从而不会对LDO的稳定性造成明显影响，因此可以广泛应用于现有的大部分LDO电路结构中，可以使得这些LDO的电流能力大幅提高，根据实验仿真结果，可以提高例如20倍左右。并且开销仅有可以忽略不计的静态功耗和面积。以下是将本实施例的低压差线性稳压电路分别应用于Miller补偿结构的LDO(在功率管M_P与误差放大电路之间增设Miller补偿电路)、间接补偿结构的LDO(在功率管M_P与误差放大电路之间增设间接补偿电路)、极点分裂技术的LDO(在功率管M_P与误差放大电路之间增设极点分裂电路)的实例。

图5为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于Miller补偿结构的LDO的电路示意图，C_c是Miller补偿电容，R_c是Miller补偿电阻，R_c与C_c串联后连接于误差放大器EA的输出端与功率管M_P的漏极(即低压差线性稳压电路的输出端VOUT)之间，其中，R_c连接误差放大器的输出端，C_c连接功率管的漏极，其他元件的连接关系可参看图4及对应描述，此处不再赘述。在不增加衬底电压调整电路130的情况下，增加Miller补偿结构的LDO的最大输出电流，需要等比增加功率管M_P的尺寸。而在衬底电压调整电路130应用于Miller补偿结构时，也即利用图5所示的电路时，通过检测M_P输出电流的大小，自适应地调整功率管M_P的衬底电压V_B，提升电流能力的开销仅有可以忽略不计的静态功耗和面积。从而既保留了Miller补偿结构的特点，又以极小的开销提高了电流能力。

图6为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于间接补偿结构的LDO的电路示意图，与图4所示实施例相比较，图6所示实施例的电路增加了间接补偿电路160，间接补偿电路160包括：间接补偿电容C_C和误差放大器EA的共源共栅管(包括第十二场效应管M₁₂和第十五场效应管M_C)，间接补偿电容Cc一端连接至第十五场效应管M_C的源极，另一端连接至功率管M_P的漏极(即低压差线性稳压电路的输出端VOUT)。

其中，误差放大器EA包括：第七场效应管M₇、第八场效应管M₈、第九场效应管M₉、第十场效应管M₁₀、第十一场效应管M₁₁、第十二场效应管M₁₂、第十三场效应管M₁₃、第十四场效应管M₁₄、第十五场效应管M_C。其中，第十二场效应管M₁₂、第十三场效应管M₁₃、第十四场效应管M₁₄、第十五场效应管M_C分别为N沟道场效应晶体管，第七场效应管M₇、第八场效应管M₈、第九场效应管M₉、第十场效应管M₁₀、第十一场效应管M₁₁分别为P沟道场效应晶体管。

其中第七场效应管M₇的源极、第十场效应管M₁₀的源极、第十一场效应管M₁₁的源极分别连接电源；第八场效应管M₈的源极以及第九场效应管M₉的源极分别连接第七场效应管M₇的漏极；第八场效应管M₈的栅极连接反馈电压VF；第八场效应管M₈的漏极连接第十二场效应管M₁₂的源极；第九场效应管M₉的栅极连接参考电压VREF；第九场效应管M₉的漏极连接第十五场效应管M_C的源极；第十场效应管M₁₀的栅极与第十一场效应管M₁₁的栅极连接；第十场效应管M₁₀的漏极与第十场效应管M₁₀的栅极连接后连接至第十二场效应管M₁₂的漏级；第十一场效应管M₁₁的漏极输出误差电压VEA，并与功率管M_P的栅极以及第十五场效应管M_C的漏极连接；第十二场效应管M₁₂的源极还与第十三场效应管M₁₃的漏极连接；第十五场效应管M_C的源极与第十四场效应管M₁₄的漏极连接；第十三场效应管M₁₃的源极以及第十四场效应管M₁₄的源极分别接地。

在不增加衬底电压调整电路130的情况下，增加间接补偿结构的LDO的最大输出电流，需要等比增加功率管M_P的尺寸和补偿电容C_C的面积，这还会导致更大的静态功耗。而在衬底电压调整电路130应用于间接补偿结构的LDO时，也即利用图6所示的电路时，提升电流能力的开销也仅有可以忽略不计的静态功耗和面积。从而既保留了间接补偿结构的特点，也以极小的开销提高了电流能力。

图7为根据本发明一个实施例的低压差线性稳压电路应用于极点分裂技术的LDO的电路示意图，与图4的电路相比较，图7中该电路在误差放大器的输出端与功率管M_P的栅极之间增加了极点分裂电路，极点分裂电路包括具有低输入电容和低输出电阻的缓冲级140(如图7中点线虚线框中所示)，也即，缓冲级140的输入电容(与误差放大器相连点的电容)比功率管的栅极电容低，缓冲级的输出电阻(与功率管栅极相连点的等效电阻)比误差放大器的输出电阻低。比如，缓冲级的输入电容比功率管的栅极电容低两个数量级(100倍)以上，缓冲级的输出电阻比误差放大器的输出电阻低两个数量级(100倍)以上。

缓冲级140包括：缓冲级管M_buf，为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，M_buf的栅极连接误差放大器的输出端，M_buf的源极连接功率管的栅极，M_buf的漏极接地；缓冲电流源I_buf，I_buf的第一端连接电源，I_buf的第二端连接功率管的栅极和M_buf的源极。在不增加衬底电压调整电路130的情况下，增加极点分裂技术的LDO的最大输出电流，需要等比增加功率管M_P的尺寸，还需要大幅增加缓冲级跨导，这会大幅增加静态功耗。而在衬底电压调整电路130应用于极点分裂技术的LDO时，也即利用图7所示的电路时，提升电流能力的开销也仅有可以忽略不计的静态功耗和面积。从而既保留了极点分裂结构的特点，也以极小的开销提高了电流能力。

通过上述分析，可以看出本实施例的低压差线性稳压电路可以广泛应用于绝大多数现有的LDO结构，在保留原有LDO特点的同时，以可以忽略不计的开销，大幅提高LDO的电流能力。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述电路结构亦可以采用其他相同逻辑的器件实现。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种低压差线性稳压电路，包括：

输出电压检测电路，用于检测所述低压差线性稳压电路的输出电压，并产生对应的反馈电压；

误差放大电路，用于比较所述反馈电压和参考电压，并产生相应的误差电压；

功率管，所述功率管的输出电流根据所述误差电压进行调整，所述功率管的漏极作为稳压电路的输出电压的输出端；以及

衬底电压调整电路，连接至所述功率管，并配置成根据所述功率管的输出电流调整所述功率管的衬底电压，使得所述衬底电压在预定波动范围内随所述输出电流增大而降低；

其中，所述衬底电压调整电路包括：

电流检测单元，用于检测所述功率管的输出电流；以及

电压调整单元，与所述电流检测单元的输出相连，并配置成根据所述功率管的输出电流对衬底电压进行反馈控制，以使得所述衬底电压随所述输出电流增大而降低。

2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其中，所述电流检测单元包括：

第一场效应管，与所述功率管形成第一电流镜，所述第一电流镜用于按照第一电流镜像比例输出所述输出电流的第一镜像电流；

第二场效应管，以及第三场效应管，均工作在弱反型区，用于使所述第一场效应管与所述功率管的漏级电压近似相等，并且使所述第一镜像电流通过第二场效应管输出；

偏置电流源，为所述第三场效应管提供偏置电流；以及

第四场效应管，与所述第二场效应管连接。

3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压电路，其中，

所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管分别为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第四场效应管为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，并且

所述第一场效应管的栅极、源极、衬底分别与所述功率管的栅极、源极、衬底一一对应连接；

所述第二场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的源极连接所述第一场效应管的漏极；

所述第三场效应管的源极连接所述功率管的漏极，所述第三场效应管的漏极与所述第三场效应管的栅极以及所述偏置电流源均相连；

所述第四场效应管的源极接地，所述第四场效应管的栅极以及漏极均与所述第二场效应管的漏极相连。

4.根据权利要求2或3所述的低压差线性稳压电路，其中，所述电压调整单元包括：

第五场效应管，与所述第四场效应管形成第二电流镜，所述第二电流镜用于将所述第一镜像电流按照第二电流镜像比例缩小为第二镜像电流；

电阻部件，与所述第五场效应管以及所述功率管的衬底分别连接，以根据所述第二镜像电流产生相应的所述衬底电压。

5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压电路，其中，

第五场效应管为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第五场效应管的栅极与所述第四场效应管的栅极连接，所述第五场效应管的源极接地；

所述电阻部件包括串联的第一电阻和第二电阻，其中所述第一电阻连接所述功率管的源极，所述第二电阻连接所述第五场效应管的漏极，所述第一电阻和所述第二电阻的连接点与所述功率管的衬底连接，从而提供所述衬底电压。

6.根据权利要求5所述的低压差线性稳压电路，其中，所述低压差线性稳压电路还包括：

衬底漏电保护单元，并联于所述电阻部件两端。

7.根据权利要求6所述的低压差线性稳压电路，其中，所述衬底漏电保护单元包括：

第六场效应管，所述第六场效应管为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，并且所述第六场效应管的栅极以及漏极分别连接至所述第五场效应管的漏极，所述第六场效应管的源极连接至所述功率管的源极。

8.根据权利要求3所述的低压差线性稳压电路，其中，

所述输出电压检测电路包括串联连接的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻连接所述功率管的输出端，所述第二反馈电阻接地，所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻连接点的电压作为反馈电压。

9.根据权利要求3所述的低压差线性稳压电路，其中，所述低压差线性稳压电路还包括Miller补偿电路，所述Miller补偿电路包括：

串联连接的Miller补偿电容和Miller补偿电阻，所述Miller补偿电阻连接所述误差放大器的输出端，所述Miller补偿电容连接所述功率管的漏极。

10.根据权利要求3所述的低压差线性稳压电路，其中，所述低压差线性稳压电路还包括间接补偿电路，所述间接补偿电路包括：间接补偿电容和误差放大器的共源共栅管，间接补偿电容一端连接所述功率管的漏极，另一端连接所述误差放大器的共源共栅管的源极。

11.根据权利要求10所述的低压差线性稳压电路，其中，

所述误差放大器包括第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管，

所述第十二场效应管、所述第十三场效应管、所述第十四场效应管、所述第十五场效应管分别为N沟道场效应晶体管；

所述第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管分别为P沟道场效应晶体管；

所述第十二场效应管以及所述第十五场效应管作为所述共源共栅管；

所述间接补偿电容一端连接至所述第十五场效应管的源极，另一端连接至所述功率管的输出端；

所述第七场效应管的源极、所述第十场效应管的源极、所述第十一场效应管的源极分别连接电源；所述第八场效应管的源极以及所述第九场效应管的源极分别连接所述第七场效应管的漏极；所述第八场效应管的栅极连接所述反馈电压；

所述第八场效应管的漏极连接第十二场效应管的源极；所述第九场效应管的栅极连接所述参考电压；所述第九场效应管的漏极连接所述第十五场效应管的源极；所述第十场效应管的栅极与所述第十一场效应管的栅极连接；所述第十场效应管的漏极与所述第十场效应管的栅极连接后连接至所述第十二场效应管的漏级；所述第十一场效应管的漏极输出所述误差电压，并与所述功率管的栅极以及所述第十五场效应管的漏极连接；所述第十二场效应管的源极还与所述第十三场效应管的漏极连接；所述第十五场效应管的源极与所述第十四场效应管的漏极连接；所述第十三场效应管的源极以及所述第十四场效应管的源极分别接地。

12.根据权利要求3所述的低压差线性稳压电路，其中，所述低压差线性稳压电路还包括极点分裂电路，所述极点分裂电路包括：具有低输入电容和低输出电阻的缓冲级，所述缓冲级连接在所述误差放大器与所述功率管之间。

13.根据权利要求12所述的低压差线性稳压电路，其中，所述缓冲级包括：

缓冲级管，为P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述缓冲级管的栅极连接所述误差放大器的输出端，所述缓冲级管的源极连接所述功率管的栅极，所述缓冲级管的漏极接地；

缓冲电流源，所述缓冲电流源的第一端连接电源，所述缓冲电流源的第二端连接所述功率管的栅极和所述缓冲级管的源极。

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