CN110703850B - 一种低压差线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种低压差线性稳压器，包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，其中：辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路；在电源输出端的电压减小时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小；在电源输出端的电压增加时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加；在电源输出端的电压处于稳定状态时，第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。通过本申请的技术方案，能够改善低压差线性稳压器的参数指标，提高瞬态响应。

Description

一种低压差线性稳压器

技术领域

本申请涉及电路技术领域，尤其是涉及一种低压差线性稳压器。

背景技术

LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)是一种稳压电源，广泛应用在集成电路领域，LDO用于为负载(如集成电路芯片或者模块等)提供稳定的电源。针对LDO来说，输出电压的实际值与输出电压的理论值的电压偏差比较小，从而能够有效控制输出电压的实际值，为负载提供稳定的电源。

在LDO稳定工作后，输出电压的实际值与输出电压的理论值的电压偏差会比较小，输出电压的实际值与输出电压的理论值相近，使得LDO正常工作。

但是，在负载电流变大时，会导致输出电压变小，在负载电流变小时，会导致输出电压变大，均使得输出电压的实际值发生变化，即输出电压的实际值与输出电压的理论值的电压偏差会发生变化，不利于LDO的正常工作。

发明内容

第一方面，本申请提供一种低压差线性稳压器，包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，其中：

所述误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，所述误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，所述误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；所述第一MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第一MOS管的第三端与电源输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，所述第二分压电阻的第二端与地端连接；

所述辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第一控制电路的输入端与电源输出端连接；所述第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第二控制电路的输入端与电源输出端连接；

其中，在电源输出端的电压减小时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小；在电源输出端的电压增加时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加；在电源输出端的电压处于稳定状态时，第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

可选地，所述第一控制电路包括：第一电流源、第一电容、第一电阻、第二MOS管、第三MOS管；

所述第二MOS管的第一端与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端分别连接，所述第二MOS管的第二端与所述第一电流源的第一端和所述第三MOS管的第一端分别连接，所述第二MOS管的第三端与地端连接；

所述第一电流源的第二端与电源输入端连接；

所述第一电容的第二端与电源输出端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电流源的第一端连接；

所述第三MOS管的第二端与所述第一MOS管的第一端连接；

所述第三MOS管的第三端与地端连接。

可选地，所述第二控制电路包括：第二电流源、第二电容、第二电阻、第四MOS管、第五MOS管；

所述第四MOS管的第一端与所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端分别连接，所述第四MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第四MOS管的第三端与所述第二电流源的第一端和所述第五MOS管的第一端分别连接；

所述第二电流源的第二端与地端连接；

所述第二电容的第二端与电源输出端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电流源的第一端连接；

所述第五MOS管的第二端与电源输入端连接；

所述第五MOS管的第三端与所述第一MOS管的第一端连接。

可选地，通过设计所述第二MOS管的尺寸、所述第三MOS管的尺寸、所述第四MOS管的尺寸、所述第五MOS管的尺寸，使所述第三MOS管到达第一MOS管的第一端的电流与所述第五MOS管到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

可选地，第一MOS管、第四MOS管和第五MOS管均为PMOS管；

第二MOS管和第三MOS管均为NMOS管。

第二方面，本申请提供一种低压差线性稳压器，包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，其中：

所述误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，所述误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，所述误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；所述第一MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第一MOS管的第三端与电源输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，所述第二分压电阻的第二端与地端连接；

所述辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第一控制电路的输入端与电源输出端连接；所述第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第二控制电路的输入端与电源输入端连接；

其中，在电源输出端的电压减小时，所述第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小；在电源输出端的电压增加时，所述第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加；在电源输出端的电压处于稳定状态时，所述第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与所述第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或者等于阈值。

可选地，所述第一控制电路包括：第三电容、第三电阻、第六MOS管、第七MOS管；

所述第六MOS管的第一端与所述第三电容的第一端和所述第三电阻的第一端分别连接，所述第六MOS管的第二端与所述第三电阻的第二端和所述第七MOS管的第一端分别连接，所述第六MOS管的第三端与地端连接；

所述第三电容的第二端与电源输出端连接；

所述第七MOS管的第二端与第一MOS管的第一端连接；

所述第七MOS管的第三端与地端连接。

可选地，所述第二控制电路包括：第三电流源、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管；

所述第八MOS管的第一端与所述第九MOS管的第一端、所述第十MOS管的第一端和所述第三电流源的第一端分别连接，所述第八MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第八MOS管的第三端与所述第三电流源的第一端连接；

所述第三电流源的第二端与地端连接；

所述第九MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第九MOS管的第三端与所述第一控制电路的所述第六MOS管的第二端连接；

所述第十MOS管的第二端与电源输入端连接；

所述第十MOS管的第三端与第一MOS管的第一端连接。

可选地，通过设计所述第六MOS管的尺寸、所述第七MOS管的尺寸、所述第八MOS管的尺寸、所述第九MOS管的尺寸、所述第十MOS管的尺寸，使所述第七MOS管到达第一MOS管的第一端的电流与所述第十MOS管到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

可选地，第一MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，均为PMOS管；第六MOS管和第七MOS管均为NMOS管。

基于上述技术方案，本申请实施例中，在电源输出端的电压减小时，控制第一MOS管的第一端的电压减小，继而增加电源输出端的电压。在电源输出端的电压增加时，控制第一MOS管的第一端的电压增加，继而减小电源输出端的电压。在电源输出端的电压处于稳定状态时，第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值，使得辅助电路不会影响输出电压的实际值与输出电压的理论值的电压偏差。综上所述，能够改善低压差线性稳压器的参数指标，提高低压差线性稳压器的瞬态响应，在优化瞬态响应的同时降低辅助电路对电压偏差的影响。

附图说明

为了更加清楚地说明本申请实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或者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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据本申请实施例的这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式中的低压差线性稳压器的示意图；

图2是本申请另一种实施方式中的低压差线性稳压器的示意图；

图3是本申请另一种实施方式中的低压差线性稳压器的示意图；

图4是本申请一种实施方式中的辅助电路的示意图；

图5是本申请另一种实施方式中的低压差线性稳压器的示意图；

图6是本申请另一种实施方式中的辅助电路的示意图。

具体实施方式

在本申请实施例使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本申请。本申请和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请实施例可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，此外，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本申请实施例提供一种低压差线性稳压器(即LDO)，参见图1所示，该低压差线性稳压器可以包括但不限于：误差放大器11、第一MOS(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)管12、第一分压电阻13、第二分压电阻14、电源输入端15和电源输出端16。电源输入端15的电压为输入电压，将输入电压记为Vdd；电源输出端16的电压为输出电压，将输出电压记为Vout。

参见图1所示，误差放大器11的正向输入端111与第一分压电阻13的第一端131和第二分压电阻14的第一端141分别连接，误差放大器11的正向输入端111的电压为反馈电压，可以将该反馈电压记为Vfb。误差放大器11的反向输入端112与参考电压端(在图1中未示出)连接，参考电压端向误差放大器11的反向输入端112提供参考电压，可以将该参考电压记为Vref。误差放大器11的输出端113与第一MOS管12的第一端121连接，误差放大器11的输出端113产生的电压为控制电压，可以将该控制电压记为Vgate。

示例性的，本文中出现的电压，均是指相对于地端的电压，例如，电源输入端15的电压是指电源输入端15相对于地端的电压，电源输出端16的电压是指电源输出端16相对于地端的电压，误差放大器11的输出端113的电压是指误差放大器11的输出端113相对于地端的电压，对此电压不做限制。

参见图1所示，第一MOS管12的第二端122与电源输入端15连接，第一MOS管12的第三端123与电源输出端16连接。第一分压电阻13的第二端132与电源输出端16连接，第二分压电阻14的第二端142与地端连接。

参见图1所示，低压差线性稳压器的电源输出端16与负载L(如集成电路芯片或者模块等，对此负载L的类型不做限制)的一端连接，负载L的另一端与地端连接，从而为负载L提供稳定的电源，负载L两端的电压为Vout。

参见图1所示，负载L可以并联负载电容C，即，低压差线性稳压器的电源输出端16与负载电容C的一端连接，负载电容C的另一端与地端连接。

参见图1所示，第一MOS管12可以包括PMOS管，第一MOS管12的第一端121可以为栅极端(即G端)，第一MOS管12的第二端122可以为源极端(即S端)，第一MOS管12的第三端123可以为漏极端(即D端)。

误差放大器11用于根据Vfb与Vref的差值产生Vgate，并利用Vgate控制第一MOS管12的开启。示例性的，Vfb与Vref的差值比较小(近似为0，但不等于0，如0.0001等)，误差放大器11对Vfb与Vref的差值进行放大处理后，可以产生Vgate，并向第一MOS管12的第一端121输出Vgate，从而利用Vgate控制第一MOS管12的开启，对此误差放大器11的工作原理不做限制。

假设第一分压电阻13的电阻值为R1，第二分压电阻14的电阻值为R2，由于第一分压电阻13和第二分压电阻14的分压，Vfb＝Vout*R2/(R1+R2)，也就是说，Vout＝Vfb*(R1+R2)/R2。由于Vfb与Vref的差值比较小，Vfb近似于Vref，则Vout＝Vref*(R1+R2)/R2。低压差线性稳压器稳定后，Vout稳定在这个电压值。示例性的，对电阻值R1的大小没有要求，当电阻值R1为0时，则Vout＝Vref。

在负载电流变大时，即经过负载L的电流变大，则会导致电源输出端的输出电压Vout减小，输出电压Vout的减小值记为Undershoot，Undershoot为负载电流从小变大时输出电压的下冲电压。在负载电流变小时，即经过负载L的电流变小，则会导致电源输出端的输出电压Vout增加，输出电压Vout的增加值记为Overshoot，Overshoot为负载电流从大变小时输出电压的过冲电压。

此外，当输出电压Vout减小或者输出电压Vout变大时，均会影响输出电压的实际值与输出电压的理论值(经公式Vout＝Vfb*(R1+R2)/R2计算得到的电压值)之间的电压偏差，将该电压偏差记为offset。

综上所述，Undershoot、Overshoot和offset是低压差线性稳压器的几个重要参数指标。在低压差线性稳压器稳定后，需要控制offset较小。在负载电流变大时，需要控制Undershoot的值越小越好。在负载电流变小时，需要控制Overshoot的值越小越好。

为了达到上述目的，本申请实施例中提出另一种低压差线性稳压器，在图1的基础上，该低压差线性稳压器增加一个辅助电路(也可以称为transient response helper，即瞬态响应辅助电路)，辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路。参见图2所示，为低压差线性稳压器的另一个示意图，该低压差线性稳压器可以包括但不限于：误差放大器11、第一MOS管12、第一分压电阻13、第二分压电阻14、电源输入端15、电源输出端16和辅助电路17。

参见图2所示，误差放大器11的正向输入端111与第一分压电阻13的第一端131和第二分压电阻14的第一端141分别连接，误差放大器11的反向输入端112与参考电压端连接，误差放大器11的输出端113与第一MOS管12的第一端121连接。此外，第一MOS管12的第二端122与电源输入端15连接，第一MOS管12的第三端123与电源输出端16连接。第一分压电阻13的第二端132与电源输出端16连接，第二分压电阻14的第二端142与地端连接。

参见图2所示，该辅助电路17可以包括但不限于第一控制电路171和第二控制电路172。示例性的，第一控制电路171的输出端173可以与第一MOS管12的第一端121连接，第一控制电路171的输入端174可以与电源输出端16连接。第二控制电路172的输出端175可以与第一MOS管12的第一端121连接，第二控制电路172的输入端176与电源输出端16连接。

综上可以看出，第一控制电路171的输出端173与第二控制电路172的输出端175相同，均与第一MOS管12的第一端121连接；第一控制电路171的输入端174与第二控制电路172的输入端176相同，均与电源输出端16连接。

参见图2所示，电源输入端15的电压为Vdd，电源输出端16的电压为Vout，误差放大器11的正向输入端111的电压为Vfb，误差放大器11的反向输入端112的电压为Vref，误差放大器11的输出端113的电压为Vgate。第一控制电路171的输出端173的电压与误差放大器11的输出端113的电压相同，为Vgate。第二控制电路172的输出端175的电压与误差放大器11的输出端113的电压相同，为Vgate。第一控制电路171的输入端174的电压为电源输出端16的Vout。第二控制电路172的输入端176的电压为电源输出端16的Vout。

参见图2所示，在电源输出端16的电压(即Vout)减小时，第一控制电路171用于控制第一MOS管12的第一端121(即第一控制电路171的输出端173)的电压(即Vgate)减小。同理，第二控制电路172用于控制第一MOS管12的第一端121(即第二控制电路172的输出端175)的电压(即Vgate)减小。

而Vgate减小时，即第一MOS管12的第一端121的电压减小，则经过第一MOS管12的电流变大，继而使得电源输出端16的Vout增加。综上所述，在电源输出端16的Vout减小时，能够增加电源输出端16的Vout，即输出电压Vout的减小值Undershoot变小，从而能够改善Undershoot的性能。

参见图2所示，在电源输出端16的电压(即Vout)增加时，第一控制电路171用于控制第一MOS管12的第一端121的电压(即Vgate)增加。同理，第二控制电路172用于控制第一MOS管12的第一端121的电压(即Vgate)增加。

而Vgate增加时，即第一MOS管12的第一端121的电压增加，则经过第一MOS管12的电流变小，继而使得电源输出端16的Vout减小。综上所述，在电源输出端16的Vout增加时，能够减小电源输出端16的Vout，即输出电压Vout的增加值Overshoot变小，从而能够改善Overshoot的性能。

参见图2所示，在电源输出端16的电压(即Vout)处于稳定状态(即未发生增加或者减小的变化)时，第一控制电路171到达第一MOS管12的第一端121的电流与第二控制电路172到达第一MOS管12的第一端121的电流的差值小于或等于阈值(可以根据经验配置，是一个接近0的数值，如0、0.1等)。

例如，第一控制电路171到达第一MOS管12的第一端121的电流与第二控制电路172到达第一MOS管12的第一端121的电流可以相同。由于二者的电流相同，因此，在电源输出端16的Vout处于稳定状态时，辅助电路17(即第一控制电路171和第二控制电路172的整体)不会对Vgate产生额外影响，也就是说，Vgate是误差放大器11的输出端113产生的电压，即误差放大器11根据Vfb与Vref的差值产生的Vgate，辅助电路17不会增加或者减小这个Vgate。

由于误差放大器11的输出端113产生的Vgate保持不变，因此，第一MOS管12的第一端121的电压保持不变，经过第一MOS管12的电流保持不变，使得Vout保持不变，显然，在低压差线性稳压器中添加辅助电路17后，能够使Vout保持不变，即Vout的实际值与理论值之间的电压偏差Offset较小。

综上所述，通过在低压差线性稳压器中添加辅助电路17(第一控制电路171和第二控制电路172)，在低压差线性稳压器稳定后，能够使得offset较小。在负载电流变大时，能够控制Undershoot的值变小。在负载电流变小时，能够控制Overshoot的值变小。即，针对低压差线性稳压器的几个重要参数指标Undershoot、Overshoot和offset，通过辅助电路17改善这些参数指标的性能。

基于上述方案，本申请实施例中，能够改善低压差线性稳压器的参数指标(如Undershoot、Overshoot和offset等)，提高低压差线性稳压器的瞬态响应，提高瞬态响应速度，在优化瞬态响应的同时降低辅助电路对offset的影响。

在一种可能的实施方式中，参见图3所示，低压差线性稳压器还可以包括频率补偿电路18，频率补偿电路18与误差放大器11连接。

示例性的，频率补偿电路18用于对误差放大器11进行频率补偿，从而改善误差放大器11的幅频特性，并克服由于引入负反馈而可能出现的自激振荡现象，使得误差放大器11能够稳定工作，对此频率补偿过程不做限制。

以下结合一个具体结构，对辅助电路17的第一控制电路171和第二控制电路172进行说明，当然，这里只是一个示例，对此第一控制电路171和第二控制电路172的结构均不做限制，只要能够实现上述功能即可。

参见图4所示，为辅助电路17的一个结构示意图。其中，第一控制电路171可以包括但不限于：第一电流源40、第一电容41、第一电阻42、第二MOS管43和第三MOS管44。第二控制电路172可以包括但不限于：第二电流源45、第二电容46、第二电阻47、第四MOS管48和第五MOS管49。需要说明的是，第一控制电路171的电路结构也可以与第二控制电路172的电路结构互换。

第二MOS管43的第一端431与第一电容41的第一端411和第一电阻42的第一端421分别连接。第二MOS管43的第二端432与第一电流源40的第一端401和第三MOS管44的第一端441分别连接。第二MOS管43的第三端433与地端连接。第一电流源40的第二端402与电源输入端15(图中未示出)连接。

第一电容41的第二端412与电源输出端16(图4中未示出电源输出端16，参见上述实施例)连接，第一电容41的第二端412也是第一控制电路171的输入端174。由于电源输出端16的电压为Vout，因此，第一电容41的第二端412的电压为Vout。第一电阻42的第二端422与第一电流源40的第一端401连接。

参见图4所示，第三MOS管44的第二端442与第一MOS管12的第一端121连接，第三MOS管44的第二端442也是第一控制电路171的输出端173，由于第一控制电路171的输出端173的电压为Vgate，因此，第三MOS管44的第二端442的电压为Vgate。第三MOS管44的第三端443与地端连接。

第四MOS管48的第一端481与第二电容46的第一端461和第二电阻47的第一端471分别连接。第四MOS管48的第二端482与电源输入端15(在图4中并未示出电源输入端15，参见上述实施例)连接，由于电源输入端15的电压为Vdd，因此，第四MOS管48的第二端482的电压为Vdd。第四MOS管48的第三端483与第二电流源45的第一端451和第五MOS管49的第一端491分别连接。第二电流源45的第二端452与地端连接。

第二电容46的第二端462与电源输出端16(图4中未示出电源输出端16，参见上述实施例)连接，第二电容46的第二端462也是第二控制电路172的输入端176。由于电源输出端16的电压为Vout，因此，第二电容46的第二端462的电压为Vout。第二电阻47的第二端472与第二电流源45的第一端451连接。

第五MOS管49的第二端492与电源输入端15连接，由于电源输入端15的电压为Vdd，因此，第五MOS管49的第二端492的电压为Vdd。第五MOS管49的第三端493与第一MOS管12的第一端121连接，第五MOS管49的第三端493也是第一控制电路171的输出端173，由于第一控制电路171的输出端173的电压为Vgate，因此，第五MOS管49的第三端493的电压为Vgate。

在上述实施例中，第二MOS管43和第三MOS管44均为NMOS管，第二MOS管43的第一端431和第三MOS管44的第一端441可以为栅极端，第二MOS管43的第二端432和第三MOS管44的第二端442可以为漏极端，第二MOS管43的第三端433和第三MOS管44的第三端443可以为源极端。

在上述实施例中，第四MOS管48和第五MOS管49均为PMOS管，第四MOS管48的第一端481和第五MOS管49的第一端491可以为栅极端，第四MOS管48的第二端482和第五MOS管49的第二端492可以为源极端，第四MOS管48的第三端483和第五MOS管49的第三端493可以为漏极端。

在上述实施例中，第二MOS管43和第三MOS管44可以构成下路放大单元，第四MOS管48和第五MOS管49可以构成上路放大单元。第一电流源40用于提供参考电流，且第一电流源40提供的参考电流保持不变。第二电流源45用于提供参考电流，且第二电流源45提供的参考电流保持不变。此外，第一电容41用于检测Vout的变化，将Vout的变化传递到第二MOS管43，供第二MOS管43进行放大处理，第一电阻42用于配合第一电容41，决定用多快速的Vout变化做出反应。同理，第二电容46用于检测Vout的变化，将Vout的变化传递到第四MOS管48，供第四MOS管48进行放大处理，第二电阻47用于配合第二电容46，决定用多快速的Vout变化做出反应。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout减小时，第一控制电路171能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate减小。而Vgate减小时，第一MOS管12的第一端121的电压减小，经过第一MOS管12的电流变大，继而使得电源输出端16的Vout增加。显然，由于Vout的减小值记为Undershoot，因此，在传统方式中，在电源输出端16的Vout减小时，会使得Undershoot的值增加。但是，本申请实施例中，在电源输出端16的Vout减小时，通过增加电源输出端16的Vout，能够使得输出电压Vout的减小值Undershoot变小，即输出电压Vout的减小幅度变小。

参见图4所示，在电源输出端16的Vout减小时，第二MOS管43的第一端431的电压减小。基于NMOS管的工作原理，第二MOS管43的第一端431的电压减小时，经过第二MOS管43的电流变小，使得第二MOS管43的第二端432的电压增加，即第三MOS管44的第一端441的电压增加。由于第三MOS管44的第一端441的电压增加，因此，经过第三MOS管44的电流变大，使得第三MOS管44的第二端442的电压减小。显然，第三MOS管44的第二端442的电压减小时，会使得第一控制电路171的输出端173的Vgate减小。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout减小时，第二控制电路172能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate减小。而Vgate减小时，第一MOS管12的第一端121的电压减小，经过第一MOS管12的电流变大，继而使得电源输出端16的Vout增加，即输出电压Vout的减小值Undershoot变小。

参见图4所示，在电源输出端16的Vout减小时，第四MOS管48的第一端481的电压减小。基于PMOS管的工作原理，第四MOS管48的第一端481的电压减小时，经过第四MOS管48的电流变大，使得第四MOS管48的第三端483的电压增加，即第五MOS管49的第一端491的电压增加。由于第五MOS管49的第一端491的电压增加，因此，经过第五MOS管49的电流变小，使得第五MOS管49的第三端493的电压减小。显然，第五MOS管49的第三端493的电压减小时，会使得第二控制电路172的输出端175的Vgate减小。

综上所述，在电源输出端16的Vout减小时，通过第一控制电路171和第二控制电路172均能够使Vgate减小。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout增加时，第一控制电路171能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate增加。而Vgate增加时，第一MOS管12的第一端121的电压增加，经过第一MOS管12的电流变小，继而使得电源输出端16的Vout减小。显然，由于Vout的增加值记为Overshoot，因此，在传统方式中，在电源输出端16的Vout增加时，会使得Overshoot的值增加。但是，本申请实施例中，在电源输出端16的Vout增加时，通过降低电源输出端16的Vout，能够使得输出电压Vout的增加值Overshoot变小，即输出电压Vout的增加幅度变小。

参见图4所示，在电源输出端16的Vout增加时，第二MOS管43的第一端431的电压增加，经过第二MOS管43的电流变大，使得第二MOS管43的第二端432的电压减小，即第三MOS管44的第一端441的电压减小。由于第三MOS管44的第一端441的电压减小，因此，经过第三MOS管44的电流变小，使得第三MOS管44的第二端442的电压增加。显然，第三MOS管44的第二端442的电压增加时，使得第一控制电路171的输出端173的Vgate增加。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout增加时，第二控制电路172能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate增加。而Vgate增加时，第一MOS管12的第一端121的电压增加，经过第一MOS管12的电流变小，继而使得电源输出端16的Vout减少，即输出电压Vout的增加值Overshoot变小。

参见图4所示，在电源输出端16的Vout增加时，第四MOS管48的第一端481的电压增加，经过第四MOS管48的电流变小，使得第四MOS管48的第三端483的电压减小，即第五MOS管49的第一端491的电压减小。由于第五MOS管49的第一端491的电压减小，因此，经过第五MOS管49的电流变大，使得第五MOS管49的第三端493的电压增加。显然，第五MOS管49的第三端493的电压增加时，使得第二控制电路172的输出端175的Vgate增加。

综上所述，在电源输出端16的Vout增加时，通过第一控制电路171和第二控制电路172均能够使Vgate增加。

在一个例子中，通过设计第二MOS管43的尺寸、第三MOS管44的尺寸、第四MOS管48的尺寸、第五MOS管49的尺寸，使得第三MOS管44到达第一MOS管12的第一端121的电流与第五MOS管49到达第一MOS管12的第一端121的电流的差值小于或等于阈值(根据经验配置，是接近0的值)。

具体的，参见图4所示，通过设计各MOS管的尺寸(如第二MOS管43的尺寸、第三MOS管44的尺寸、第四MOS管48的尺寸、第五MOS管49的尺寸)，在电源输出端16的Vout处于稳定状态时，使得第三MOS管44到达第一MOS管12的第一端121的电流与第五MOS管49到达第一MOS管12的第一端121的电流相等或接近。这样，辅助电路17不会对Vgate产生额外影响，也就是说，Vgate是误差放大器11的输出端113产生的电压，辅助电路17不会增加或者减小这个Vgate，从而可以有效的降低offset。

本申请实施例中提出另一种低压差线性稳压器，在图1的基础上，该低压差线性稳压器增加一个辅助电路，辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路。参见图5所示，为低压差线性稳压器的另一个示意图，该低压差线性稳压器可以包括但不限于：误差放大器11、第一MOS管12、第一分压电阻13、第二分压电阻14、电源输入端15、电源输出端16和辅助电路17。

参见图5所示，误差放大器11的正向输入端111与第一分压电阻13的第一端131和第二分压电阻14的第一端141分别连接，误差放大器11的反向输入端112与参考电压端连接，误差放大器11的输出端113与第一MOS管12的第一端121连接。此外，第一MOS管12的第二端122与电源输入端15连接，第一MOS管12的第三端123与电源输出端16连接。第一分压电阻13的第二端132与电源输出端16连接，第二分压电阻14的第二端142与地端连接。

参见图5所示，该辅助电路17可以包括但不限于第一控制电路171和第二控制电路172。示例性的，第一控制电路171的输出端173可以与第一MOS管12的第一端121连接，第一控制电路171的输入端174可以与电源输出端16连接。第二控制电路172的输出端175可以与第一MOS管12的第一端121连接，第二控制电路172的输入端176与电源输入端15连接。

综上可以看出，第一控制电路171的输出端173与第二控制电路172的输出端175相同，均与第一MOS管12的第一端121连接；但是，第一控制电路171的输入端174与第二控制电路172的输入端176不同。

参见图5所示，电源输入端15的电压为Vdd，电源输出端16的电压为Vout，误差放大器11的正向输入端111的电压为Vfb，误差放大器11的反向输入端112的电压为Vref，误差放大器11的输出端113的电压为Vgate。第一控制电路171的输出端173的电压与误差放大器11的输出端113的电压相同，为Vgate。第二控制电路172的输出端175的电压与误差放大器11的输出端113的电压相同，为Vgate。第一控制电路171的输入端174的电压为电源输出端16的Vout。第二控制电路172的输入端176的电压为电源输入端15的Vdd。

参见图5所示，在电源输出端16的电压(即Vout)减小时，第一控制电路171用于控制第一MOS管12的第一端121(即第一控制电路171的输出端173)的电压(即Vgate)减小。而Vgate减小时，即第一MOS管12的第一端121的电压减小，则经过第一MOS管12的电流变大，继而使得电源输出端16的Vout增加。综上所述，在电源输出端16的Vout减小时，能够增加电源输出端16的Vout，即Vout的减小值(减小幅度)Undershoot变小，从而能够改善Undershoot的性能。

参见图5所示，在电源输出端16的电压(即Vout)增加时，第一控制电路171用于控制第一MOS管12的第一端121的电压(即Vgate)增加。而Vgate增加时，即第一MOS管12的第一端121的电压增加，则经过第一MOS管12的电流变小，继而使得电源输出端16的Vout减小。综上所述，在电源输出端16的Vout增加时，能够减小电源输出端16的Vout，即输出电压Vout的增加值(增加幅度)Overshoot变小，从而能够改善Overshoot的性能。

参见图5所示，在电源输出端16的电压(即Vout)处于稳定状态(即未发生增加或者减小的变化)时，第一控制电路171到达第一MOS管12的第一端121的电流与第二控制电路172到达第一MOS管12的第一端121的电流的差值小于或等于阈值(可以根据经验配置，是一个接近0的数值，如0、0.1等)。

例如，第一控制电路171到达第一MOS管12的第一端121的电流与第二控制电路172到达第一MOS管12的第一端121的电流可以相同。由于二者的电流相同，因此，在电源输出端16的Vout处于稳定状态时，辅助电路17(即第一控制电路171和第二控制电路172的整体)不会对Vgate产生额外影响，也就是说，Vgate是误差放大器11的输出端113产生的电压，即误差放大器11根据Vfb与Vref的差值产生的Vgate，辅助电路17不会增加或者减小这个Vgate。

由于误差放大器11的输出端113产生的Vgate保持不变，因此，第一MOS管12的第一端121的电压保持不变，经过第一MOS管12的电流保持不变，使得Vout保持不变，显然，在低压差线性稳压器中添加辅助电路17后，能够使Vout保持不变，即Vout的实际值与理论值之间的电压偏差Offset较小。

综上所述，通过在低压差线性稳压器中添加辅助电路17(第一控制电路171和第二控制电路172)，在低压差线性稳压器稳定后，能够使得offset较小。在负载电流变大时，能够控制Undershoot的值变小。在负载电流变小时，能够控制Overshoot的值变小。即，针对低压差线性稳压器的几个重要参数指标Undershoot、Overshoot和offset，通过辅助电路17改善这些参数指标的性能。

基于上述方案，本申请实施例中，能够改善低压差线性稳压器的参数指标(如Undershoot、Overshoot和offset等)，提高低压差线性稳压器的瞬态响应，提高瞬态响应速度，在优化瞬态响应的同时降低辅助电路对offset的影响。

在一种可能的实施方式中，低压差线性稳压器还可以包括频率补偿电路，频率补偿电路与误差放大器11连接，对此结构不再赘述。

以下结合一个具体结构，对辅助电路17的第一控制电路171和第二控制电路172进行说明，当然，这里只是一个示例，对此第一控制电路171和第二控制电路172的结构均不做限制，只要能够实现上述功能即可。

参见图6所示，为辅助电路17的一个结构示意图。其中，第一控制电路171可以包括但不限于：第三电容60、第三电阻61、第六MOS管62和第七MOS管63。此外，第二控制电路172可以包括但不限于：第三电流源64、第八MOS管65、第九MOS管66和第十MOS管67。

第六MOS管62的第一端621与第三电容60的第一端601和第三电阻61的第一端611分别连接。第六MOS管62的第二端622与第三电阻61的第二端612和第七MOS管63的第一端631分别连接。第六MOS管62的第三端623与地端连接。第三电容60的第二端602与电源输出端16(在图5中并未示出电源输出端16)连接，第三电容60的第二端602也是第一控制电路171的输入端174；由于电源输出端16的电压为Vout，因此，第三电容60的第二端602的电压为Vout。第七MOS管63的第二端632与第一MOS管12的第一端121连接；第七MOS管63的第二端632也是第一控制电路171的输出端173，由于第一控制电路171的输出端173的电压为Vgate，因此，第七MOS管63的第二端632的电压也可以为Vgate。第七MOS管63的第三端633与地端连接。

第八MOS管65的第一端651与第九MOS管66的第一端661、第十MOS管67的第一端671和第三电流源64的第一端641分别连接。第八MOS管65的第二端652与电源输入端15连接，由于电源输入端15的电压为Vdd，因此，第八MOS管65的第二端652的电压为Vdd。第八MOS管65的第三端653与第三电流源64的第一端641连接。第三电流源64的第二端642与地端连接。

第九MOS管66的第二端662与电源输入端15连接，且第九MOS管66的第二端662的电压为Vdd。第九MOS管66的第三端663与第一控制电路171的第六MOS管62的第二端622连接。第十MOS管67的第二端672与电源输入端15连接，且第十MOS管67的第二端672的电压为Vdd。第十MOS管67的第三端673与第一MOS管12的第一端121连接；第十MOS管67的第三端673也是第二控制电路172的输出端175，由于第二控制电路172的输出端175的电压为Vgate，因此，第十MOS管67的第三端673的电压也可以为Vgate。

在上述实施例中，第六MOS管62和第七MOS管63均为NMOS管。第八MOS管65、第九MOS管66和第十MOS管67为PMOS管。示例性的，针对各NMOS管来说，NMOS管的第一端为栅极端，NMOS管的第二端为漏极端，NMOS管的第三端为源极端。针对各PMOS管来说，PMOS管的第一端为栅极端，PMOS管的第二端为源极端，PMOS管的的第三端为漏极端。

在上述实施例中，第六MOS管62和第七MOS管63构成放大单元，第九MOS管66和第十MOS管67是电流镜，用于镜像第八MOS管65的电流。第三电流源64用于提供参考电流，且第三电流源64提供的参考电流保持不变。

此外，第三电容60用于检测Vout的变化，将Vout的变化传递到第六MOS管62，供第六MOS管62进行放大处理，第三电阻61用于配合第三电容60，决定用多快速的Vout变化做出反应。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout减小时，第一控制电路171能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate减小。而Vgate减小时，第一MOS管12的第一端121的电压减小，经过第一MOS管12的电流变大，继而使得电源输出端16的Vout增加，即输出电压Vout的减小值Undershoot变小。

参见图6所示，在电源输出端16的Vout减小时，第六MOS管62的第一端621的电压减小。基于NMOS管的工作原理，第六MOS管62的第一端621的电压减小时，经过第六MOS管62的电流变小，使得第六MOS管62的第二端622的电压增加，即第七MOS管63的第一端631的电压增加。由于第七MOS管63的第一端631的电压增加，因此，经过第七MOS管63的电流变大，使得第七MOS管63的第二端632的电压减小。显然，第七MOS管63的第二端632的电压减小时，会使得第一控制电路171的输出端173的Vgate减小。

在一个例子中，在电源输出端16的Vout增加时，第一控制电路171能够控制第一MOS管12的第一端121的Vgate增加。而Vgate增加时，第一MOS管12的第一端121的电压增加，经过第一MOS管12的电流变小，继而使得电源输出端16的Vout减小，即输出电压Vout的增加值Overshoot变小。

参见图6所示，在电源输出端16的Vout增加时，第六MOS管62的第一端621的电压增加，经过第六MOS管62的电流变大，使得第六MOS管62的第二端622的电压减小，即第七MOS管63的第一端631的电压减小。由于第七MOS管63的第一端631的电压减小，因此，经过第七MOS管63的电流变小，使得第七MOS管63的第二端632的电压增加。显然，第七MOS管63的第二端632的电压增加时，使得第一控制电路171的输出端173的Vgate增加。

在一个例子中，通过设计第六MOS管62的尺寸、第七MOS管63的尺寸、第八MOS管65的尺寸、第九MOS管66的尺寸、第十MOS管67的尺寸，使得第七MOS管63到达第一MOS管12的第一端121的电流与第十MOS管67到达第一MOS管12的第一端121的电流的差值小于或等于阈值。

参见图6所示，通过设计各MOS管的尺寸(如第六MOS管62的尺寸、第七MOS管63的尺寸、第八MOS管65的尺寸、第九MOS管66的尺寸、第十MOS管67的尺寸)，在电源输出端16的Vout处于稳定状态时，使得第七MOS管63到达第一MOS管12的第一端121的电流与第十MOS管67到达第一MOS管12的第一端121的电流相等或接近。这样，辅助电路17不会对输出端171的Vgate产生额外影响，也就是说，Vgate是误差放大器11的输出端113产生的电压，辅助电路17不会增加或者减小这个Vgate，从而有效的降低offset。

本申请实施例中还提出一种低压差线性稳压器的实现方法，低压差线性稳压器可以包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；第一MOS管的第二端与电源输入端连接，第一MOS管的第三端与电源输出端连接；第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，第二分压电阻的第二端与地端连接。辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，第一控制电路的输入端与电源输出端连接；第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，第二控制电路的输入端与电源输出端连接。该方法可以包括：

步骤a、在电源输出端的电压减小时，通过第一控制电路控制第一MOS管的第一端的电压减小，通过第二控制电路控制第一MOS管的第一端的电压减小。

步骤b、在电源输出端的电压增加时，通过第一控制电路控制第一MOS管的第一端的电压增加，通过第二控制电路控制第一MOS管的第一端的电压增加。

步骤c、在电源输出端的电压处于稳定状态时，控制第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

其中，步骤a、步骤b、步骤c并没有先后顺序关系，在电源输出端的电压减小时，则执行步骤a，在电源输出端的电压增加时，则执行步骤b，在电源输出端的电压处于稳定状态时，则执行步骤c。

示例性的，本申请实施例中的低压差线性稳压器可以参见图2和图4所示。

本申请实施例中还提出一种低压差线性稳压器的实现方法，低压差线性稳压器可以包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；第一MOS管的第二端与电源输入端连接，第一MOS管的第三端与电源输出端连接；第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，第二分压电阻的第二端与地端连接。辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，第一控制电路的输入端与电源输出端连接；第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，第二控制电路的输入端与电源输入端连接。该方法可以包括：

步骤1、在电源输出端的电压减小时，通过第一控制电路控制第一MOS管的第一端的电压减小。

步骤2、在电源输出端的电压增加时，通过第一控制电路控制第一MOS管的第一端的电压增加。

步骤3、在电源输出端的电压处于稳定状态时，控制第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

其中，步骤1、步骤2、步骤3并没有先后顺序关系，在电源输出端的电压减小时，则执行步骤1，在电源输出端的电压增加时，则执行步骤2，在电源输出端的电压处于稳定状态时，则执行步骤3。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，其中：

所述误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，所述误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，所述误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；所述第一MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第一MOS管的第三端与电源输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，所述第二分压电阻的第二端与地端连接；

所述辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第一控制电路的输入端与电源输出端连接；所述第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第二控制电路的输入端与电源输出端连接；

其中，在电源输出端的电压减小时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小；在电源输出端的电压增加时，第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加，第二控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加；在电源输出端的电压处于稳定状态时，第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一控制电路包括：第一电流源、第一电容、第一电阻、第二MOS管、第三MOS管；

所述第二MOS管的第一端与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端分别连接，所述第二MOS管的第二端与所述第一电流源的第一端和所述第三MOS管的第一端分别连接，所述第二MOS管的第三端与地端连接；

所述第一电流源的第二端与电源输入端连接；

所述第一电容的第二端与电源输出端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一电流源的第一端连接；

所述第三MOS管的第二端与所述第一MOS管的第一端连接；

所述第三MOS管的第三端与地端连接。

3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第二控制电路包括：第二电流源、第二电容、第二电阻、第四MOS管、第五MOS管；

所述第四MOS管的第一端与所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端分别连接，所述第四MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第四MOS管的第三端与所述第二电流源的第一端和所述第五MOS管的第一端分别连接；

所述第二电流源的第二端与地端连接；

所述第二电容的第二端与电源输出端连接；

所述第二电阻的第二端与所述第二电流源的第一端连接；

所述第五MOS管的第二端与电源输入端连接；

所述第五MOS管的第三端与所述第一MOS管的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，通过设计所述第二MOS管的尺寸、所述第三MOS管的尺寸、所述第四MOS管的尺寸、所述第五MOS管的尺寸，使所述第三MOS管到达第一MOS管的第一端的电流与所述第五MOS管到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

5.根据权利要求3或4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

第一MOS管、第四MOS管和第五MOS管均为PMOS管；

第二MOS管和第三MOS管均为NMOS管。

6.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：误差放大器、辅助电路、第一MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻，其中：

所述误差放大器的正向输入端与第一分压电阻的第一端和第二分压电阻的第一端分别连接，所述误差放大器的反向输入端与参考电压端连接，所述误差放大器的输出端与第一MOS管的第一端连接；所述第一MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第一MOS管的第三端与电源输出端连接；所述第一分压电阻的第二端与电源输出端连接，所述第二分压电阻的第二端与地端连接；

所述辅助电路包括第一控制电路和第二控制电路，所述第一控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第一控制电路的输入端与电源输出端连接；所述第二控制电路的输出端与第一MOS管的第一端连接，所述第二控制电路的输入端与电源输入端连接；

其中，在电源输出端的电压减小时，所述第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压减小；在电源输出端的电压增加时，所述第一控制电路用于控制第一MOS管的第一端的电压增加；在电源输出端的电压处于稳定状态时，所述第一控制电路到达第一MOS管的第一端的电流与所述第二控制电路到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或者等于阈值。

7.根据权利要求6所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第一控制电路包括：第三电容、第三电阻、第六MOS管、第七MOS管；

所述第六MOS管的第一端与所述第三电容的第一端和所述第三电阻的第一端分别连接，所述第六MOS管的第二端与所述第三电阻的第二端和所述第七MOS管的第一端分别连接，所述第六MOS管的第三端与地端连接；

所述第三电容的第二端与电源输出端连接；

所述第七MOS管的第二端与第一MOS管的第一端连接；

所述第七MOS管的第三端与地端连接。

8.根据权利要求7所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述第二控制电路包括：第三电流源、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管；

所述第八MOS管的第一端与所述第九MOS管的第一端、所述第十MOS管的第一端和所述第三电流源的第一端分别连接，所述第八MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第八MOS管的第三端与所述第三电流源的第一端连接；

所述第三电流源的第二端与地端连接；

所述第九MOS管的第二端与电源输入端连接，所述第九MOS管的第三端与所述第一控制电路的所述第六MOS管的第二端连接；

所述第十MOS管的第二端与电源输入端连接；

所述第十MOS管的第三端与第一MOS管的第一端连接。

9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

通过设计所述第六MOS管的尺寸、所述第七MOS管的尺寸、所述第八MOS管的尺寸、所述第九MOS管的尺寸、所述第十MOS管的尺寸，使所述第七MOS管到达第一MOS管的第一端的电流与所述第十MOS管到达第一MOS管的第一端的电流的差值小于或等于阈值。

10.根据权利要求8或9所述的低压差线性稳压器，其特征在于，

第一MOS管、第八MOS管、第九MOS管和第十MOS管，均为PMOS管；第六MOS管和第七MOS管均为NMOS管。

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