CN110928358A - 低压差电压调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低压差电压调节电路，包括：电压调整管，源极连接电源电压，漏极经反馈模块接地；误差放大器，基于反馈信号与参考信号的差值产生误差信号；第一电流源，一端连接电源电压，另一端经自适应电压偏移网络接地，第一电流源与自适应电压偏移网络的连接节点连接电压调整管的栅极；自适应电压偏移网络，基于误差信号调整偏移电压的大小及方向，以使得电压调整管的有效摆幅达到电源电压；其中，偏移电压为电压调整管的栅极电压与误差放大器输出电压的差值。本发明中电压调整管的有效摆幅达到电源电压，电压调整管尺寸小，简化频率补偿方案的设计难度；系统反馈环路增益高，系统误差低；对输出的瞬态变化即时响应，系统的瞬态响应能力强。

Description

低压差电压调节电路

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种低压差电压调节电路。

背景技术

低压差线性稳压器(LDO，Low Dropout Regulator)具有结构简单，低噪声，低功耗以及小封装和较少的外围应用器件等突出优点，在便携式电子产品中得到广泛的应用。LDO属于DC-DC变换器中的降压变压器，在负载一定的情况下，其输出电压在一定范围内，因此，LDO电路系统能够保证输出电压稳定，提高电池寿命。

如图1所示为现有常用低压差线性稳压器1的结构示意图，包括：反馈网络11，误差放大器12，电压缓冲器13，电压调整管Mc以及输出电容。现有LDO存在3个极点，分别为输出极点，第一极点及第二极点，其中，第一极点和第二极点通常靠得很近，需要增加频率补偿来分裂极点。现有LDO的输出能力通常由电压调整管的物理特性和尺寸限制，电压调整管由PMOS组成，PMOS的输出电流能力与MOS的宽长比和阈值电压有关；随着工艺特征尺寸的微缩，MOS器件的导通阻抗逐渐增大，器件耐压逐渐降低，使相同导通阻抗下的电压调整管的尺寸越来越大。

为了分裂极点，通常在误差放大器和电压调整管之间插入电压缓冲器，电压缓冲器通常由PMOS、NMOS或单位增益运放构成。输出极点在输出端，因为负载电容的关系为低频主极点；第一极点正比于误差放大器输出阻抗和电压缓冲器等效输入电容的乘积；第二极点正比于电压缓冲器的输出阻抗与电压调整管等效输入电容的乘积。虽然电压缓冲器的输出阻抗可以远小于误差放大器输出阻抗，但在需要大负载电流能力的情况下，电压调整管等效输入电容会远大于电压缓冲器等效输入电容，从而使第一极点约等于第二极点。PMOS结构限制了大电流输出下的最大可调的电压调整管栅源电压，导致需要更大的电压调整管，更大的电压调整管带来更大寄生电容，使频率补偿电路设计复杂。NMOS结构限制了小电流输出下的最小的电压调整管栅源电压，带来更大的漏电，使空载下输出不稳定。单位增益运放结构较为复杂，且在运放输出接近电源轨的时候，由于输出阻抗的下降使系统环路增益将大幅下降，导致输出电压的漂移。

因此，如何提出一种电压调整管栅源电压摆幅大，且系统增益不受影响的低压差线性稳压器以成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低压差电压调节电路，用于解决现有技术中低压差线性稳压器的电压调整管栅源电压摆幅小，系统增益小等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低压差电压调节电路，所述低压差电压调节电路至少包括：

电压调整管，反馈模块，误差放大器，第一电流源及自适应电压偏移网络；

所述电压调整管的源极连接电源电压，漏极经由所述反馈模块接地，用于调整输出电压；

所述误差放大器的输入端分别连接所述反馈模块及一参考信号，基于所述电压调整管的输出电流的反馈信号与所述参考信号的差值产生误差信号；

所述第一电流源的一端连接所述电源电压，另一端经由所述自适应电压偏移网络接地，所述第一电流源与所述自适应电压偏移网络的连接节点连接所述电压调整管的栅极；

所述自适应电压偏移网络连接所述误差放大器的输出端，基于所述误差信号调整偏移电压的大小及方向，以使得所述电压调整管的有效摆幅达到所述电源电压；

其中，所述偏移电压为所述电压调整管的栅极电压与所述误差放大器输出电压的差值。

可选地，所述自适应电压偏移网络包括第一偏移调整单元，第二电流源，第一单位增益运放，第一反馈检测管，第一电流镜，第二电流镜及第三电流源；

所述第一偏移调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第二电流源接地；

所述第一单位增益运放的输入端分别连接所述误差放大器的输出端及所述第一偏移调整单元与所述第二电流源的连接节点，输出端连接所述电压调整管的栅极；

所述第一反馈检测管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一单位增益运放的输出端，漏极经由所述第三电流源接地；

所述第一电流镜的输入端连接所述第一反馈检测管的漏极，第一输出端连接所述第一单位增益运放的输出端；

所述第二电流镜的输入端连接所述第一电流镜的第二输出端，输出端连接所述第一偏移调整单元与所述第二电流源的连接节点；

其中，流经所述第一电流源与所述第二电流源的电流相等，所述第一电流镜的第一输出端及第二输出端输出的电流相等。

更可选地，所述第一偏移调整单元包括电阻。

更可选地，所述第一偏移调整单元至少包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极；所述第三二极管的正极连接所述第四二极管的负极；所述第一二极管的正极连接所述第三二极管的负极；所述第二二极管的负极连接所述第四二极管的正极。

更可选地，所述第一偏移调整单元至少包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管，各晶体管的栅极连接漏极；所述第一晶体管的漏极连接所述第三晶体管的源极；所述第一晶体管的源极连接所述第三晶体管的漏极；所述第二晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，并连接所述第一晶体管的源极；所述第二晶体管的源极连接所述第四晶体管的漏极。

可选地，所述自适应电压偏移网络包括第二偏移调整单元，第三偏移调整单元，第四电流源，第二单位增益运放，第二反馈检测管，第五电流源，第三电流镜，第四电流镜，第五电流镜及第六电流镜；

所述第二偏移调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第四电流源接地，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管的栅压拉高至电源电压；

所述第三偏调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第四电流源接地，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管的栅压拉低至地；

所述第二单位增益运放的输入端分别连接所述误差放大器的输出端及所述第四电流源的输入端，输出端连接所述电压调整管的栅极；

所述第二反馈检测管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第二单位增益运放的输出端，漏极经由所述第五电流源接地；

所述第三电流镜的输入端连接所述第二反馈检测管的漏极，第一输出端连接所述第二单位增益运放的输出端；

所述第四电流镜的输入端连接所述第三电流镜的第二输出端，第一输出端连接所述第四电流源的输入端；

所述第五电流镜对第六电流源进行镜像，输出端串联于所述第四电流镜的第二输出端与所述第六电流镜的第一输出端之间；

所述第六电流镜对第七电流源进行镜像，第一输出端连接所述第三偏移调整单元，第二输出端连接所述第四电流镜的第三输出端及所述第二偏移调整单元；

其中，流经所述第一电流源与所述第四电流源的电流相等。

更可选地，所述第二偏移调整单元包括第一调整晶体管、第二调整晶体管及第一运算放大器；所述第一调整晶体管的漏极连接所述第一电流源，源极连接所述第四电流源，栅极连接所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输入端分别连接所述第一调整晶体管的源极及所述第六电流镜的第二输出端；所述第二调整晶体管的源极连接所述第六电流镜的第二输出端，漏极和栅极连接所述第一运算放大器的输出端。

更可选地，所述第三偏移调整单元包括第三调整晶体管、第四调整晶体管及第二运算放大器；所述第三调整晶体管的源极连接所述第一电流源，漏极连接所述第四电流源，栅极连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输入端分别连接所述第三调整晶体管的源极及所述第六电流镜的第一输出端；所述第四调整晶体管的源极连接所述第六电流镜的第一输出端，漏极和栅极连接所述第二运算放大器的输出端。

可选地，所述低压差电压调节电路还包括输出电容，所述输出电容的一端连接所述电压调整管的漏极，另一端接地。

如上所述，本发明的低压差电压调节电路，具有以下有益效果：

1、本发明的低压差电压调节电路根据输出负载情况实时自动调整电压缓冲器偏移电压，使电压调整管的有效摆幅达到电源电压，从而可以减小电压调整管尺寸，简化频率补偿方案的设计难度。

2、在任意负载条件下误差放大器的输出均不进入线性区，保证了系统反馈环路的高增益，有效降低了系统误差。

3、实时自动的电压缓冲器偏移电压的调整对稳态系统稳定性没有影响，对输出的瞬态变化可以即时响应，提高了系统的瞬态响应能力。

附图说明

图1显示为现有技术中的低压差线性稳压器的结构示意图。

图2显示为本发明的低压差电压调节电路的一种实现方式示意图。

图3显示为本发明的低压差电压调节电路的另一种实现方式示意图。

图4显示为本发明的低压差电压调节电路的又一种实现方式示意图。

图5显示为本发明的低压差电压调节电路的再一种实现方式示意图。

元件标号说明

1 低压差线性稳压器

11 反馈网络

12 误差放大器

13 电压缓冲器

2 低压差电压调节电路

21 反馈模块

22 误差放大器

23 自适应电压偏移网络

231 第一偏移调整单元

232a 第一单位增益运放

232b 第一单位增益运放

233a 第一电流镜

233b 第三电流镜

234 第二电流镜

235 第二偏移调整单元

236 第三偏移调整单元

237 第四电流镜

238 第五电流镜

239 第六电流镜

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种低压差电压调节电路2，所述低压差电压调节器2包括：

电压调整管M1，反馈模块21，误差放大器22，第一电流源I1及自适应电压偏移网络23。

如图2所示，所述电压调整管M1的源极连接电源电压VDD，漏极经由所述反馈模块21接地GND，用于调整输出电压VOUT。

具体地，在本实施例中，所述电压调整管M1为PMOS管，在实际使用中，可根据需要设定所述电压调整管M1的类型，不以本实施例为限。

具体地，所述反馈模块21包括第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2串联，且连接节点输出反馈信号。在实际使用中，任意可对流经所述电压调整管M1的电流进行采样反馈的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。

如图2所示，所述误差放大器22的输入端分别连接所述反馈模块21及一参考信号VREF，基于所述电压调整管M1的输出电流的反馈信号与所述参考信号VREF的差值产生误差信号。

具体地，在本实施例中，所述误差放大器22的正相输入端连接所述反馈模块21，反相输入端连接所述参考信号VREF。当所述反馈信号大于所述参考信号VREF时所述误差放大器22输出为正，当所述反馈信号小于所述参考信号VREF时所述误差放大器22输出为负。

需要说明的是，所述误差放大器22不同极性对应的输入端与输入信号连接关系可互换，通过增加反相器即可实现，不以本实施例为限。

如图2所示，所述第一电流源I1的一端连接所述电源电压VDD，另一端经由所述自适应电压偏移网络23接地，所述第一电流源I1与所述自适应电压偏移网络23的连接节点连接所述电压调整管M1的栅极。

具体地，任意能实现电流恒定的方式均适用于本发明的所述第一电流源I1，在此不一一赘述。

如图2所示，所述自适应电压偏移网络23连接所述误差放大器22的输出端，基于所述误差信号22调整偏移电压的大小及方向，以使得所述电压调整管M1的有效摆幅达到所述电源电压VDD，且所述误差放大器22的输出不进入线性区，其中，所述偏移电压为所述电压调整管M1的栅极电压与所述误差放大器22输出电压的差值。

需要说明的是，本发明所说的“有效摆幅达到所述电源电压”包括等于或接近的意思，其中，接近是指差值在预设范围内。例如，当所述电源电压与所述电压调整管M1的有效摆幅的差值小于所述电源电压的5％即认为达到所述电源电压；具体预设范围可由技术人员根据实际情况进行设定，在此不一一限定。

具体地，所述自适应电压偏移网络23包括第一偏移调整单元231，第二电流源I2，第一单位增益运放232a，第一反馈检测管M2，第三电流源I3，第一电流镜233a及第二电流镜234。

更具体地，所述第一偏移调整单元231的一端连接所述第一电流源I1，另一端经由所述第二电流源I2接地GND。在本实施例中，所述第一偏移调整单元231包括电阻R0。

需要说明的是，流经所述第一电流源I1与所述第二电流源I2的电流相等。

更具体地，所述第一单位增益运放232a的输入端分别连接所述误差放大器22的输出端及所述第一偏移调整单元231与所述第二电流源I2的连接节点，输出端连接所述电压调整管M1的栅极。在本实施例中，所述第一单位增益运放232a的正相输入端连接所述误差放大器22的输出端，反相输入端连接所述第一偏移调整单元231与所述第二电流源I2的连接节点。

需要说明的是，所述第一单位增益运放232a不同极性对应的输入端与输入信号连接关系可互换，通过增加反相器即可实现，不以本实施例为限。

更具体地，所述第一反馈检测管M2的源极连接所述电源电压VDD，栅极连接所述第一单位增益运放232a的输出端，漏极经由所述第三电流源I3接地GND。在本实施例中，所述第一反馈检测管M2采用PMOS管，在实际使用中，可根据需要设定所述第一反馈检测管M2的类型，不以本实施例为限。

更具体地，所述第一电流镜233a的输入端连接所述第一反馈检测管M2的漏极，第一输出端连接所述第一单位增益运放232a的输出端。在本实施例中，所述第一电流镜233a包括第一NMOS管N1、第二NMOS管N2及第三NMOS管N3；所述第一NMOS管N1的漏极作为所述第一电流镜233a的输入端，栅极连接所述第一NMOS管N1的漏极，源极接地GND；所述第二NMOS管N2的漏极作为所述第一电流镜233a的第一输出端，栅极连接所述第一NMOS管N1的栅极，源极接地GND；所述第三NMOS管N3的漏极作为所述第一电流镜233a的第二输出端，栅极连接所述第一NMOS管N1的栅极，源极接地GND；所述第一电流镜233a的第一输出端及第二输出端输出的电流相等。

需要说明的是，所述第一电流镜233a可采用任意镜像电流的结构实现，在此不一一赘述。

更具体地，所述第二电流镜234的输入端连接所述第一电流镜233a的第二输出端，输出端连接所述第一偏移调整单元231与所述第二电流源I2的连接节点。在本实施例中，所述第二电流镜234包括第一PMOS管P1及第二PMOS管P2；所述第一PMOS管P1的漏极作为所述第二电流镜234的输入端，栅极连接所述第一PMOS管P1的漏极，源极连接所述电源电压VDD；所述第二PMOS管P2的漏极作为所述第二电流镜234的输出端，栅极连接所述第一PMOS管P1的栅极，源极连接所述电源电压VDD。所述第二电流镜233a的输出电流与输入电流相等。

需要说明的是，所述第二电流镜234可采用任意镜像电流的结构实现，在此不一一赘述。

需要说明的是，所述自适应电压偏移网络23可以根据电压调整管的输出情况自动调整偏移电压的大小和方向。当电压调整管输出大电流时，偏移电压为负值，当电压调整管输出微小电流时，偏移电压为正值，使所述电压调整管的栅极电压达到电源轨的电压而误差放大器输出不进入线性区。所述自适应电压偏移网络23可以采用电阻，压控电流源，压控电压源，流控电流源，流控电压源，MOS管或三极管实现，以达到稳态时偏移电压随负载变化的目的，不以本实施例为限。

作为本发明的一种实现方式，所述低压差电压调节电路2还包括输出电容Cout，所述输出电容Cout的一端连接所述电压调整管M1的漏极，另一端接地GND。

本实施例的低压差电压调节电路2的工作原理如下：

当负载电流很小时，所述第一反馈检测管M2的检测电流小于流经所述第三电流源I3的电流Ic，此时没有电流流过所述第一电流镜233a，所述第一电流镜233a的输出电流Ib为0，流经所述第一电流源I1的电流Ia全部流过所述第一偏移调整单元231(Ia的失配电流由所述第一单位增益运放232a吸收或提供)后到地GND，所述偏移电压满足Ia*R0；因为负载电流小，所述电压调整管M1的栅极电压约等于所述电源电压VDD，此时所述误差放大器22输出的误差信号Veaout＝VDD-Ia*R0，合理设置流经所述第一电流源I1与所述第二电流源I2的电流Ia，以及所述电阻R0的阻值，可使所述误差放大器22始终处于放大区，避免增益的下降。

当负载电流较大时，所述第一反馈检测管M2的检测电流正比于负载电流且大于流经所述第三电流源I3的电流Ic，此时，所述第一电流镜233a的输出电流Ib正比于所述第一反馈检测管M2的检测电流，流过电阻R0的电流为Ia-Ib；当Ib＝Ia时，电阻R0上无压降；当Ib>Ia时，电阻R0上的电压反向，此时所述电压调整管M1的栅极电压约等于地电位，而所述误差放大器22输出的误差信号Veaout＝(Ib-Ia)*R0，合理设置流经所述第一电流源I1与所述第二电流源I2的电流Ia，所述第一电流镜233a的输出电流Ib，以及所述电阻R0的阻值，可使所述误差放大器22始终处于放大区，避免增益的下降。

当负载电流快速变化时，电阻R0两端的电压独立于系统电压控制主环路之外，随负载快速变化，可提供更快的系统响应。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种低压差电压调节电路2，与实施例一的不同之处在于，所述第一偏移调整单元231的结构不同。

具体地，所述第一偏移调整单元231至少包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4。所述第一二极管D1正极连接所述第一电流源I1，负极连接所述第二二极管D2的正极，所述第二二极管D2的负极连接所述第二电流源I2；所述第三二极管D3的负极连接所述第一电流源I1，正极连接所述第四二极管D4的负极，所述第四二极管D4的正极连接所述第二电流源I2。

需要说明的是，本实施例中，两个导通方向不同的二极管串联结构并联，通过二极管的导通压降实现对偏移电压的调整，各二极管串联结构中二极管的数量可基于实际参数及需要进行设定，不以本实施例为限。

本实施例的低压差电压调节电路2的工作原理与实施例一基本相同，在此不一一赘述。

实施例三

如图4所示，本实施例提供一种低压差电压调节电路2，与实施例一、二的不同之处在于，所述第一偏移调整单元231的结构不同。

具体地，所述第一偏移调整单元231至少包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3及第四晶体管Q4，各晶体管的栅极连接漏极。所述第一晶体管Q1的漏极连接所述第一电流源I1，源极连接所述第二晶体管Q2的漏极，所述第二晶体管Q2的源极连接所述第二电流源I2；所述第三晶体管Q3的源极连接所述第一电流源I1，漏极连接所述第四晶体管Q4的源极，所述第四晶体管Q4的漏极连接所述第一电流源I1；所述第二晶体管Q2的漏极与所述第四晶体管Q4的源极连接。

需要说明的是，本实施例中，晶体管两两并联后串联，串联的晶体管数量可基于实际参数及需要进行设定，不以本实施例为限。

本实施例的低压差电压调节电路2的工作原理与实施例一基本相同，在此不一一赘述。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种低压差电压调节电路2，与实施例一、二、三的不同之处在于，所述自适应电压偏移网络23的结构不同。

具体地，所述自适应电压偏移网络23包括第二偏移调整单元235，第三偏移调整单元236，第四电流源I4，第二单位增益运放232b，第二反馈检测管M3，第五电流源I5，第三电流镜233b，第四电流镜237，第五电流镜238及第六电流镜239。

更具体地，所述第二偏移调整单元235的一端连接所述第一电流源I1，另一端经由所述第四电流源I4接地GND，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管M1的栅压拉高至电源电压VDD。在本实施例中，所述第二偏移调整单元235包括第一调整晶体管M4、第二调整管M5及第一运算放大器OP1；所述第一调整晶体管M4的漏极连接所述第一电流源I1，源极连接所述第四电流源I4，栅极连接所述第一运算放大器OP1的输出端；所述第一运算放大器OP1的正相输入端连接所述第一调整晶体管M4的源极，反相输入端连接所述第六电流镜239的第二输出端，在实际应用中，所述第一运算放大器的输入端极性与对应的输入信号可互换，通过反相器实现相同的逻辑即可，不以本实施例为限；所述第二调整晶体管M5的源极连接所述第六电流镜239的第二输出端，漏极和栅极连接所述第一运算放大器OP1的输出端。作为示例，所述第一调整晶体管M4采用NMOS管，所述第二调整晶体管M5采用NMOS管。

更具体地，所述第三偏移调整单元236的一端连接所述第一电流源I1，另一端经由所述第四电流源I4接地GND，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管M1的栅压拉低至地GND。在本实施例中，所述第三偏移调整单元236包括第三调整晶体管M6、第四调整管M7及第二运算放大器OP2；所述第三调整晶体管M6的源极连接所述第一电流源I1，漏极连接所述第四电流源I4，栅极连接所述第二运算放大器OP2的输出端；所述第二运算放大器OP2的正相输入端连接所述第三调整晶体管M6的源极，反相输入端连接所述第六电流镜239的第一输出端，在实际应用中，所述第二运算放大器的输入端极性与对应的输入信号可互换，通过反相器实现相同的逻辑即可，不以本实施例为限；所述第四调整晶体管M7的源极连接所述第六电流镜239的第一输出端，漏极和栅极连接所述第二运算放大器OP2的输出端。作为示例，所述第三调整晶体管M6采用PMOS管，所述第四调整晶体管M7采用PMOS管。

需要说明的是，流经所述第一电流源I1与所述第四电流源I4的电流相等。

更具体地，所述第二单位增益运放232b的输入端分别连接所述误差放大器22的输出端及所述第四电流源I4的输入端(即所述第二偏移调整单元235与所述第四电流源I4的连接节点)，输出端连接所述电压调整管M1的栅极。在本实施例中，所述第二单位增益运放232b的正相输入端连接所述误差放大器22的输出端，反相输入端连接所述第二偏移调整单元235与所述第四电流源I4的连接节点。

需要说明的是，所述第二单位增益运放232b不同极性对应的输入端与输入信号连接关系可互换，通过增加反相器即可实现，不以本实施例为限。

更具体地，所述第二反馈检测管M3的源极连接所述电源电压VDD，栅极连接所述第二单位增益运放232b的输出端，漏极经由所述第五电流源I5接地GND。在本实施例中，所述第二反馈检测管M3采用PMOS管，在实际使用中，可根据需要设定所述第二反馈检测管M3的类型，不以本实施例为限。

更具体地，所述第三电流镜233b的输入端连接所述第二反馈检测管M3的漏极，第一输出端连接所述第二单位增益运放232b的输出端。在本实施例中，所述第三电流镜233b包括第四NMOS管N4、第五NMOS管N5及第六NMOS管N6；所述第四NMOS管N4的漏极作为所述第三电流镜233b的输入端，栅极连接所述第四NMOS管N4的漏极，源极接地GND；所述第五NMOS管N5的漏极作为所述第三电流镜233b的第一输出端，栅极连接所述第四NMOS管N4的栅极，源极接地GND；所述第六NMOS管N6的漏极作为所述第三电流镜233b的第二输出端，栅极连接所述第四NMOS管N4的栅极，源极接地GND；所述第三电流镜233b的第一输出端及第二输出端输出的电流相等。

更具体地，所述第四电流镜237的输入端连接所述第三电流镜233b的第二输出端，第一输出端连接所述第四电流源I4的输入端。在本实施例中，所述第四电流镜237包括第三PMOS管P3、第四PMOS管P4、第五PMOS管P5及第六PMOS管P6，所述第三PMOS管P3的漏极作为所述第四电流镜237的输入端，栅极连接所述第三PMOS管P3的漏极，源极连接所述电源电压VDD；所述第四PMOS管P4的漏极作为所述第四电流镜237的第一输出端，栅极连接所述第三PMOS管P3的栅极，源极连接所述电源电压VDD；所述第五PMOS管P5的漏极作为所述第四电流镜237的第二输出端，栅极连接所述第三PMOS管P3的栅极，源极连接所述电源电压VDD；所述第六PMOS管P6的漏极作为所述第四电流镜237的第三输出端，栅极连接所述第三PMOS管P3的栅极，源极连接所述电源电压VDD；所述第四电流镜237的各输出电流与输入电流相等。

更具体地，所述第五电流镜238对第六电流源I6进行镜像，输出端串联于所述第四电流镜237的第二输出端与所述第六电流镜239的第一输出端之间。在本实施例中，所述第五电流镜238包括第六电流源I6，第七PMOS管P7及第八PMOS管P8，所述第七PMOS管P7的源极连接所述电源电压VDD，栅极连接所述第七PMOS管P7的漏极；所述第六电流源I6的输出端连接所述电源电压VDD，输入端连接所述第七PMOS管P7的漏极；所述第八PMOS管P8的源极连接所述第四电流镜237的第二输出端，栅极连接所述第一PMOS管P7的栅极，漏极连接所述第六电流镜239的第一输出端。所述第五电流镜238的输出电流与第六电流源I6相等。

更具体地，所述第六电流镜239对第七电流源I7进行镜像，第一输出端连接所述第三偏移调整单元236，第二输出端连接所述第四电流镜237的第三输出端及所述第二偏移调整单元235。在本实施例中，所述第六电流镜239包括第七电流源I7、第七NMOS管N7、第八NMOS管N8及第九NMOS管N9；所述第七NMOS管N7的源极接地GND，栅极连接所述第七NMOS管N7的漏极；所述第七电流源I7的输入端接GND，输出端连接所述第七NMOS管N7的漏极；所述第八NMOS管N8的漏极作为所述第六电流镜239的第一输出端，栅极连接所述第七NMOS管N7的栅极，源极接地；所述第九NMOS管N9的漏极作为所述第六电流镜239的第二输出端，栅极连接所述第七NMOS管N7的栅极，源极接地。所述第六电流镜239的各输出电流与第七电流源I7相等。

本实施例的低压差电压调节电路2的工作原理如下：

当负载电流很小时，所述第二反馈检测管M3的检测电流小于流经所述第五电流源I5的电流Ic，此时没有电流流过所述第三电流镜233b，所述第三电流镜233b的输出电流Ib为0；所述第一运算放大器OP1正常工作在放大状态，两输入脚电压相等；所述第二调整晶体管M5被所述第六电流镜239的第二输出电流Id(即参考电流)正常偏置，使得所述第一运算放大器OP1的输出电压比反相输入端高VGS，所述第一调整晶体管M4与所述第二调整晶体管M5的栅源电压近似相等，通过设置所述第七电流源I7的电流Id调节所述第六电流镜239的第二输出电流Id以调节所述第一调整晶体管M4的导通阻抗Ron_M4；所述第二运算放大器OP2则工作在比较状态，所述第二运算放大器OP2的反相输入端被所述第六电流镜239的第一输出电流Id拉低到地电位，所述第二运算放大器OP2的输出等于所述电源电压VDD，所述第三调整晶体管M6及所述第四调整晶体管M7均处于关断状态；流过所述第一电流源I1的电流Ia只流过所述第一调整晶体管M4；此时所述第一调整晶体管M4的漏源电压Vds_M4＝Ia*Ron_M4，所述电压调整管M1的栅极电压约等于所述电源电压VDD，此时所述误差放大器22输出的误差信号Veaout＝VDD-Vds_M4，所述误差放大器22始终处于放大区，避免增益下降。

当负载电流较大时，所述第二反馈检测管M3的检测电流大于流经所述第五电流源I5的电流Ic，此时，所述第三电流镜233b的输出电流Ib随负载电流的增大而增大，当所述第三电流镜233b的输出电流Ib大于所述第六电流镜239的(第一)输出电流Id后，所述第一运算放大器OP1进入比较状态，所述第一运算放大器OP1的反相输入端被(Ib-Id)上拉到所述电源电压VDD，所述第一运算放大器OP1的输出电压等于地电位，所述第一调整晶体管M4及所述第二调整晶体管M5均关断；所述第二运算放大器OP2则处于放大状态，两输入脚电压相等，所述第四电流镜237的第二输出电流Ib与流过所述第六电流源I6的电流Ie中较小的电流减去所述第六电流镜239的第一输出电流Id后流过所述第四调整晶体管M7(两个不同电流镜的输出MOS串连使输出电流等于两者中较小的比例电流)，使得所述第二运算放大器OP2的输出电压比反相输入端低VGS，所述第三调整晶体管M6及所述第四调整晶体管M7的栅源电压近似相等，调节设置所述第六电流源I6的电流Ie可以调节所述第三调整晶体管M6的导通阻抗Ron_M6，所述电压调整管M1的栅极电压约等于地点为GND，所述误差放大器22输出的误差信号Veaout＝Vds_M6；所述误差放大器22始终处于放大区，避免增益下降.

如表一所示，本发明的低压差电压调节电路根据输出负载情况实时自动调整电压缓冲器偏移电压，使电压调整管的最大栅源电压达到VDD，最小栅源电压为0，即电压调整管的有效摆幅达到VDD。而PMOS结构的电压缓冲器，电压调整管的最大栅源电压达到VDD-Vthp(其中Vthp为PMOS的阈值电压)，最小栅源电压达到0；NMOS结构的电压缓冲器，电压调整管的最大栅源电压达到VDD，最小栅源电压达到Vthn(其中Vthn为NMOS的阈值电压)；单位增益运放结构的电压缓冲器，电压调整管的最大栅源电压达到VDD-Vdsat(其中Vdsat为饱和电压)，最小栅源电压达到Vdsat；电压调整管的有效摆幅均小于VDD。

表一

对当前的先进工艺来讲，电源电压VDD绝对值越来越低，阈值电压vth和饱和电压vdsat大小基本不变，采用本发明的低压差电压调节电路可以大幅缩小电压调整管尺寸；这样除了面积的节省，电压调整管等效输入电容也大大减小，第一极点和第二极点在频域上天然分的更开，可以简化频率补偿方案的设计难度。另外，本发明通过器件参数的设置使得在任意负载条件下误差放大器的输出均不进入线性区(工作于放大区)，保证了系统反馈环路的高增益，有效降低了系统误差。同时，本发明中实时自动的电压缓冲器偏移电压的调整对稳态系统稳定性没有影响，对输出的瞬态变化可以即时响应，提高了系统的瞬态响应能力。

综上所述，本发明提供一种低压差电压调节电路，包括：电压调整管，反馈模块，误差放大器，第一电流源及自适应电压偏移网络；所述电压调整管的源极连接电源电压，漏极经由所述反馈模块接地，用于调整输出电压；所述误差放大器的输入端分别连接所述反馈模块及一参考信号，基于所述电压调整管的输出电流的反馈信号与所述参考信号的差值产生误差信号；所述第一电流源的一端连接所述电源电压，另一端经由所述自适应电压偏移网络接地，所述第一电流源与所述自适应电压偏移网络的连接节点连接所述电压调整管的栅极；所述自适应电压偏移网络连接所述误差放大器的输出端，基于所述误差信号调整偏移电压的大小及方向，以使得所述电压调整管的有效摆幅达到所述电源电压；其中，所述偏移电压为所述电压调整管的栅极电压与所述误差放大器输出电压的差值。本发明的低压差电压调节电路中电压调整管的有效摆幅达到电源电压，电压调整管尺寸小，简化频率补偿方案的设计难度；系统反馈环路增益高，系统误差低；对输出的瞬态变化即时响应，系统的瞬态响应能力强。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种低压差电压调节电路，其特征在于，所述低压差电压调节电路至少包括：

电压调整管，反馈模块，误差放大器，第一电流源及自适应电压偏移网络；

所述电压调整管的源极连接电源电压，漏极经由所述反馈模块接地，用于调整输出电压；

所述误差放大器的输入端分别连接所述反馈模块及一参考信号，基于所述电压调整管的输出电流的反馈信号与所述参考信号的差值产生误差信号；

所述第一电流源的一端连接所述电源电压，另一端经由所述自适应电压偏移网络接地，所述第一电流源与所述自适应电压偏移网络的连接节点连接所述电压调整管的栅极；

所述自适应电压偏移网络连接所述误差放大器的输出端，基于所述误差信号调整偏移电压的大小及方向，以使得所述电压调整管的有效摆幅达到所述电源电压；

其中，所述偏移电压为所述电压调整管的栅极电压与所述误差放大器输出电压的差值。

2.根据权利要求1所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述自适应电压偏移网络包括第一偏移调整单元，第二电流源，第一单位增益运放，第一反馈检测管，第一电流镜，第二电流镜及第三电流源；

所述第一偏移调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第二电流源接地；

所述第一单位增益运放的输入端分别连接所述误差放大器的输出端及所述第一偏移调整单元与所述第二电流源的连接节点，输出端连接所述电压调整管的栅极；

所述第一反馈检测管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第一单位增益运放的输出端，漏极经由所述第三电流源接地；

所述第一电流镜的输入端连接所述第一反馈检测管的漏极，第一输出端连接所述第一单位增益运放的输出端；

所述第二电流镜的输入端连接所述第一电流镜的第二输出端，输出端连接所述第一偏移调整单元与所述第二电流源的连接节点；

其中，流经所述第一电流源与所述第二电流源的电流相等，所述第一电流镜的第一输出端及第二输出端输出的电流相等。

3.根据权利要求2所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述第一偏移调整单元包括电阻。

4.根据权利要求2所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述第一偏移调整单元至少包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极；所述第三二极管的正极连接所述第四二极管的负极；所述第一二极管的正极连接所述第三二极管的负极；所述第二二极管的负极连接所述第四二极管的正极。

5.根据权利要求2所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述第一偏移调整单元至少包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管，各晶体管的栅极连接漏极；所述第一晶体管的漏极连接所述第三晶体管的源极；所述第一晶体管的源极连接所述第三晶体管的漏极；所述第二晶体管的漏极连接所述第四晶体管的源极，并连接所述第一晶体管的源极；所述第二晶体管的源极连接所述第四晶体管的漏极。

6.根据权利要求2所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述自适应电压偏移网络包括第二偏移调整单元，第三偏移调整单元，第四电流源，第二单位增益运放，第二反馈检测管，第五电流源，第三电流镜，第四电流镜，第五电流镜及第六电流镜；

所述第二偏移调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第四电流源接地，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管的栅压拉高至电源电压；

所述第三偏调整单元的一端连接所述第一电流源，另一端经由所述第四电流源接地，基于各电流镜的输出信号将所述电压调整管的栅压拉低至地；

所述第二单位增益运放的输入端分别连接所述误差放大器的输出端及所述第四电流源的输入端，输出端连接所述电压调整管的栅极；

所述第二反馈检测管的源极连接所述电源电压，栅极连接所述第二单位增益运放的输出端，漏极经由所述第五电流源接地；

所述第三电流镜的输入端连接所述第二反馈检测管的漏极，第一输出端连接所述第二单位增益运放的输出端；

所述第四电流镜的输入端连接所述第三电流镜的第二输出端，第一输出端连接所述第四电流源的输入端；

所述第五电流镜对第六电流源进行镜像，输出端串联于所述第四电流镜的第二输出端与所述第六电流镜的第一输出端之间；

所述第六电流镜对第七电流源进行镜像，第一输出端连接所述第三偏移调整单元，第二输出端连接所述第四电流镜的第三输出端及所述第二偏移调整单元；

其中，流经所述第一电流源与所述第四电流源的电流相等。

7.根据权利要求6所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述第二偏移调整单元包括第一调整晶体管、第二调整晶体管及第一运算放大器；所述第一调整晶体管的漏极连接所述第一电流源，源极连接所述第四电流源，栅极连接所述第一运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输入端分别连接所述第一调整晶体管的源极及所述第六电流镜的第二输出端；所述第二调整晶体管的源极连接所述第六电流镜的第二输出端，漏极和栅极连接所述第一运算放大器的输出端。

8.根据权利要求6或7所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述第三偏移调整单元包括第三调整晶体管、第四调整晶体管及第二运算放大器；所述第三调整晶体管的源极连接所述第一电流源，漏极连接所述第四电流源，栅极连接所述第二运算放大器的输出端；所述第二运算放大器的输入端分别连接所述第三调整晶体管的源极及所述第六电流镜的第一输出端；所述第四调整晶体管的源极连接所述第六电流镜的第一输出端，漏极和栅极连接所述第二运算放大器的输出端。

9.根据权利要求1所述的低压差电压调节电路，其特征在于：所述低压差电压调节电路还包括输出电容，所述输出电容的一端连接所述电压调整管的漏极，另一端接地。

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