CN109683655B - 瞬态增强的ldo电路 - Google Patents

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    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26—Current mirrors

Abstract

本发明公开了一种瞬态增强的LDO电路，包括误差放大器、瞬态增强前馈电路、共源放大器、第一PMOS管、第一电阻、第二电阻、电容和负载；误差放大器的第一输入端连接参考电压，第一输出端分别连接共源放大器的输入端和瞬态增强前馈电路的输入端，第二输出端连接电源；第一PMOS管的源极连接电源，漏极分别连接共源放大器的输出端和瞬态增强前馈电路的输出端，栅极分别连接第一电阻的一端、电容的一端和负载的一端；第二电阻的一端分别连接第一电阻的另一端和误差放大器的第二输入端，第二电阻的另一端、电容的另一端和负载的另一端分别接地。本发明中负载从轻载快速跳变至重载时，由瞬态增强前馈电路产生下拉电流，增大输出至负载的电压。

Description

瞬态增强的LDO电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，特别涉及一种瞬态增强的LDO电路。
背景技术
LDO电路(低压差线性稳压器电路)是一种负反馈系统，通过比较基准电压vref和vfb，输出一稳定的vout电压，在LDO结构中，当负载从轻载状态快速跳变至重载状态时，经整个负反馈电路的反馈，将vout拉高，使得系统重新进入稳态，但是，由于LDO电路中的驱动管的寄生电容很大，且第二级NMOS管的偏置电流大小有限，导致驱动管的栅极电压VGS变化的速率受限，同时有受限于整个负反馈环路的带宽，使得在负载快速跳变时，vout的瞬间波动较大，系统性能明显降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中负载快速跳变时低压差线性稳压器电路的系统性能明显降低的缺陷，提供一种瞬态增强的LDO电路。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种瞬态增强的LDO电路，所述LDO电路包括误差放大器、瞬态增强前馈电路、共源放大器、第一PMOS管、第一电阻、第二电阻、电容和负载；
所述误差放大器的第一输入端连接参考电压，所述误差放大器的第一输出端分别连接所述共源放大器的输入端和所述瞬态增强前馈电路的输入端，所述误差放大器的第二输出端连接电源；
所述第一PMOS管的源极连接电源，所述第一PMOS管的漏极分别连接所述共源放大器的输出端和所述瞬态增强前馈电路的输出端，所述第一PMOS管的栅极分别连接所述第一电阻的一端、所述电容的一端和所述负载的一端；
所述第二电阻的一端分别连接所述第一电阻的另一端和所述误差放大器的第二输入端，所述第二电阻的另一端、所述电容的另一端和所述负载的另一端分别接地；
所述瞬态增强前馈电路用于在所述误差放大器的输出信号增大时产生下拉电流，所述下拉电流用于增大所述第一PMOS管的栅极输出至所述负载的电压。
较佳地，所述共源放大器包括第二PMOS管和第一NMOS管；
所述共源放大器的输入端为所述第二PMOS管的漏极，所述共源放大器的输出端为所述第二PMOS管的栅极；
所述第二PMOS管的源极连接电源，所述第二PMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的栅极；
所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极接偏置电压。
较佳地，所述瞬态增强前馈电路包括gm增益器、电流比较器、第一开关、第二开关、第三电阻和电流镜电路；
所述瞬态增强前馈电路的输入端为所述gm增益器的输入端，所述gm增益器的输出端与所述电流比较器的第一输入端连接；
所述电流比较器的第二输入端接参考电流，所述电流比较器的输出端分别连接所述第一开关的一端和所述第二开关的一端；
所述电流镜电路的一端接地，所述电流镜电路的另一端分别连接所述第三电阻的一端和所述第二开关的一端；
所述第三电阻的另一端连接所述第一开关的一端，所述第一开关的另一端接电源；
所述瞬态增强前馈电路的输出端为所述第二开关的另一端。
较佳地，所述电流镜电路包括第二NMOS管和第三NMOS管；
所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极分别接地；
所述第二NMOS管的栅极分别连接所述第二NMOS管的漏极、所述第三NMOS管的漏极和所述第三电阻的一端；
所述第三NMOS管的栅极连接所述第二开关的一端。
较佳地，所述gm增益器用于将所述误差放大器输出的电压信号反相放大并转换为电流信号。
较佳地，所述电流比较器用于比较所述电流比较器的第一输入端的输入电流和所述电流比较器的第二输入端的参考电流；
当所述输入电流不小于所述参考电流时，所述电流比较器输出高电平信号，所述高电平信号用于断开所述第一开关和所述第二开关；
当所述输入电流小于所述参考电流时，所述电流比较器输出低电平信号，所述低电平信号用于闭合所述第一开关和所述第二开关。
本发明的积极进步效果在于：本实施例中，由所述瞬态增强前馈电路在所述误差放大器的输出信号增大时产生下拉电流，迅速增大输出至所述负载的电压，从而减小负载上电压的瞬间波动。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的瞬态增强的LDO电路的电路示意图。
图2为本发明较佳实施例的瞬态增强的LDO电路中瞬态增强前馈电路的电路示意图。
具体实施方式
下面通过较佳实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
一种瞬态增强的LDO电路，如图1所示，所述LDO电路包括误差放大器EA1、瞬态增强前馈电路、共源放大器、第一PMOS管P1、第一电阻R1、第二电阻R2、电容CL和负载RL；
所述误差放大器EA1的第一输入端连接参考电压vref，所述误差放大器EA1的第一输出端分别连接所述共源放大器的输入端和所述瞬态增强前馈电路的输入端，所述误差放大器EA1的第二输出端连接电源vdd；
所述第一PMOS管P1的源极连接电源vdd，所述第一PMOS管P1的漏极分别连接所述共源放大器的输出端和所述瞬态增强前馈电路的输出端，所述第一PMOS管P1的栅极分别连接所述第一电阻R1的一端、所述电容CL的一端和所述负载RL的一端；
所述第二电阻R2的一端分别连接所述第一电阻R1的另一端和所述误差放大器EA1的第二输入端，所述第二电阻R2的另一端、所述电容CL的另一端和所述负载RL的另一端分别接地gnd；
所述瞬态增强前馈电路用于在所述误差放大器EA1的输出信号增大时产生下拉电流，所述下拉电流用于增大所述第一PMOS管P1的栅极输出至所述负载RL的电压。
其中，所述共源放大器包括第二PMOS管P2和第一NMOS管N2；
所述共源放大器的输入端为所述第二PMOS管P2的漏极，所述共源放大器的输出端为所述第二PMOS管P2的栅极；
所述第二PMOS管P2的源极连接电源vdd，所述第二PMOS管P2的栅极连接所述第一NMOS管N2的栅极；
所述第一NMOS管N2的源极接地gnd，所述第一NMOS管N2的漏极接偏置电压vbias。
本实施例中，如图2所示，所述瞬态增强前馈电路包括gm增益器Gm、电流比较器I、第一开关S1、第二开关S2、第三电阻R3和电流镜电路；
所述瞬态增强前馈电路的输入端为所述gm增益器Gm的输入端，所述gm增益器Gm的输出端与所述电流比较器I的第一输入端连接；所述gm增益器Gm用于将所述误差放大器EA1输出的电压信号反相放大并转换为电流信号。
所述电流比较器I的第二输入端接参考电流Iref，所述电流比较器I的输出端分别连接所述第一开关S1的一端和所述第二开关S2的一端；
所述电流镜电路的一端接地gnd，所述电流镜电路的另一端分别连接所述第三电阻R3的一端和所述第二开关S2的一端；
所述第三电阻R3的另一端连接所述第一开关S1的一端，所述第一开关S1的另一端接电源vdd；
所述瞬态增强前馈电路的输出端为所述第二开关S2的另一端。
其中，所述电流镜电路包括第二NMOS管N2和第三NMOS管N3；
所述第二NMOS管N2的源极和所述第三NMOS管N3的源极分别接地gnd；
所述第二NMOS管N2的栅极分别连接所述第二NMOS管N2的漏极、所述第三NMOS管N3的漏极和所述第三电阻R3的一端；
所述第三NMOS管N3的栅极连接所述第二开关S2的一端。
本实施例中，所述电流比较器I用于比较所述电流比较器I的第一输入端的输入电流和所述电流比较器I的第二输入端的参考电流Iref；
当所述输入电流不小于所述参考电流Iref时，所述电流比较器I输出高电平信号，所述高电平信号用于断开所述第一开关S1和所述第二开关S2；
当所述输入电流小于所述参考电流Iref时，所述电流比较器I输出低电平信号，所述低电平信号用于闭合所述第一开关S1和所述第二开关S2。
需要说明的是，当LDO电路处于稳态工作时，第一开关S1和第二开关S2是关闭状态，此时瞬态增强前馈电路不工作，因此，不会影响LDO电路的正常使用；
另外，当负载RL从轻载快速跳变至重载时，vout被拉低，误差放大器EA1的输出信号eao变高，经gm增益器Gm输出的电流信号Ieao变小，使得Ieao小于参考电流Iref，从而电流比较器I输出低电平信号，开关S1和开关S2闭合，第三电阻R3和二极管接法的第二NMOS管N2产生一路随电源vdd电压vdd变化的偏置电流。第二NMOS管N2和第三NMOS管N3组成的电流镜电路将这路随电源vdd电压vdd变化的偏置电流按比例镜像给第三NMOS管N3，产生一路快速下拉电流，迅速将第一PMOS管P1的栅极拉低，从而使第一PMOS管P1更快的输出更大电流，迅速将vout拉高，从而减小vout的瞬间波动；
本实施例中，由所述瞬态增强前馈电路在所述误差放大器的输出信号增大时产生下拉电流，迅速增大输出至所述负载的电压，从而减小负载上电压的瞬间波动。由于产生的下拉电流只和第三电阻R3、第二NMOS管N2的大小以及第二NMOS管N2与第三NMOS管N3的比例关系决定，不依赖于整个负反馈系统的响应速度以及第一NMOS管N2的偏置电流大小，因此通过设定较大的电流可以时vout更早更快的回到稳态值，提升系统的瞬态响应特性，同时，本发明结构简单，使用很小的芯片面积代价即可实现提升LDO系统性能的目的。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种瞬态增强的LDO电路，其特征在于，所述LDO电路包括误差放大器、瞬态增强前馈电路、共源放大器、第一PMOS管、第一电阻、第二电阻、电容和负载；
所述误差放大器的第一输入端连接参考电压，所述误差放大器的第一输出端分别连接所述共源放大器的输入端和所述瞬态增强前馈电路的输入端，所述误差放大器的第二输出端连接电源；
所述第一PMOS管的源极连接电源，所述第一PMOS管的栅极分别连接所述共源放大器的输出端和所述瞬态增强前馈电路的输出端，所述第一PMOS管的漏极分别连接所述第一电阻的一端、所述电容的一端和所述负载的一端；
所述第二电阻的一端分别连接所述第一电阻的另一端和所述误差放大器的第二输入端，所述第二电阻的另一端、所述电容的另一端和所述负载的另一端分别接地；
所述瞬态增强前馈电路用于在所述误差放大器的输出信号增大时产生下拉电流，所述下拉电流用于增大所述第一PMOS管的漏极输出至所述负载的电压；
所述瞬态增强前馈电路包括gm增益器、电流比较器、第一开关、第二开关、第三电阻和电流镜电路；
所述瞬态增强前馈电路的输入端为所述gm增益器的输入端，所述gm增益器的输出端与所述电流比较器的第一输入端连接；
所述电流比较器的第二输入端接参考电流，所述电流比较器的输出端分别连接所述第一开关的一端和所述第二开关的一端；
所述电流镜电路的一端接地，所述电流镜电路的另一端分别连接所述第三电阻的一端和所述第二开关的一端；
所述第三电阻的另一端连接所述第一开关的一端，所述第一开关的另一端接电源；
所述瞬态增强前馈电路的输出端为所述第二开关的另一端。
2.如权利要求1所述的瞬态增强的LDO电路，其特征在于，所述共源放大器包括第二PMOS管和第一NMOS管；
所述共源放大器的输入端为所述第二PMOS管的栅极，所述共源放大器的输出端为所述第二PMOS管的漏极；
所述第二PMOS管的源极连接电源，所述第二PMOS管的漏极连接所述第一NMOS管的漏极；
所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的栅极接偏置电压。
3.如权利要求1所述的瞬态增强的LDO电路，其特征在于，所述电流镜电路包括第二NMOS管和第三NMOS管；
所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极分别接地；
所述第二NMOS管的漏极分别连接所述第二NMOS管的栅极、所述第三NMOS管的栅极和所述第三电阻的一端；
所述第三NMOS管的漏极连接所述第二开关的一端。
4.如权利要求1所述的瞬态增强的LDO电路，其特征在于，所述gm增益器用于将所述误差放大器输出的电压信号反相放大并转换为电流信号。
5.如权利要求1所述的瞬态增强的LDO电路，其特征在于，所述电流比较器用于比较所述电流比较器的第一输入端的输入电流和所述电流比较器的第二输入端的参考电流；
当所述输入电流不小于所述参考电流时，所述电流比较器输出高电平信号，所述高电平信号用于断开所述第一开关和所述第二开关；
当所述输入电流小于所述参考电流时，所述电流比较器输出低电平信号，所述低电平信号用于闭合所述第一开关和所述第二开关。
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