CN111857230B - 线性稳压器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种线性稳压器和一种电子设备，所述线性稳压器包括：预调制电压模块，用于对输入的电源电压进行预调制，输出调制电压，所述调制电压小于所述电源电压；稳压输出模块，与所述预调制电压模块连接，采用所述调制电压作为工作电压，用于将输入给所述稳压模块的所述电源电压转换为稳定的功率电源输出。上述线性稳压器能够应用于宽电源电压场景。

Description

线性稳压器及电子设备
技术领域
本申请涉及集成电路技术领域，具体涉及一种线性稳压器及电子设备。
背景技术
线性稳压器（LDO；Low Dropout Regular）是一种从输入电源电压减去一个较小的压差，从而产生经过调节的稳定电压的电路或者装置。线性稳压器具有输出纹波小等优点，在很多领域都被广泛使用，目前线性稳压器分为片外加电容型（capfree）LDO以及内置电容型（capless）LDO，capfree LDO需要通过外加片外大电容进行稳压，capless型LDO不需要通过外加电容，一般由在芯片内置稳压电容进行稳压。
LDO的输入电源电压一般不高，在应用于过高的电源电压场景下，若直接采用高电源进行供电，那么可能会导致大部分的晶体管需要采用高压管，由于高压管的面积较大，这样会大大增加面积。
对于外加电容型LDO而言，通常设计的应用的电源电压范围较小，一般只有几伏电压范围，所以在高压应用中，例如应用于大功率的功放时，都是先通过降压，然后再通过LDO转换后输出稳定电压，为芯片内部模块供电。如果采用先降压后给LDO供电的方式，那么需要额外增加降压电路，导致芯片面积增加，成本提高。
如何提高外加电容型LDO可应用的电源电压范围，是目前亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种线性稳压器及一种电子设备，以解决现有的线性稳压器可应用的电源电压范围较窄的问题。
本发明的技术方案提供一种线性稳压器，包括：预调制电压模块，用于对输入的电源电压进行预调制，输出调制电压，所述调制电压小于所述电源电压；稳压输出模块，与所述预调制电压模块连接，采用所述调制电压作为工作电压，用于将输入给所述稳压模块的所述电源电压转换为稳定的功率电源输出。
可选的，所述预调制电压模块还包括：预输出单元和降压单元；所述预输出单元在所述电源电压达到阈值之前，输出与所述电源电压成正比的功率电源，所述阈值为所述稳压输出模块的启动阈值；所述降压单元用于对所述电源电压进行降压处理，输出调制电压。
可选的，所述预输出单元包括：稳压二极管、第一电阻、第二电阻以及稳压晶体管，所述第一电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接地，所述第二电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述稳压晶体管的漏极，所述稳压晶体管的源极连接至所述功率电源的输出端，所述稳压晶体管的栅极连接至所述稳压二极管的负极；所述降压单元包括第三电阻和降压晶体管，所述第三电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述降压晶体管的漏极，所述降压晶体管的源极用于输出调制电压，所述降压晶体管的栅极连接至所述稳压二极管的负极。
可选的，所述稳压输出模块包括前置放大单元和功率级输出单元；所述功率级输出单元包括：调整晶体管和反馈电路；所述调整晶体管的源极连接至所述电源电压，漏极连接至所述功率电源的输出端，栅极连接至所述前置放大单元的输出端；所述反馈电路连接于所述功率电源的输出端和前置放大单元的输入端之间，用于获取所述功率电源的输出端的反馈电压并输出至所述前置放大单元输出；所述前置放大单元用于将所述反馈电压与参考电压进行误差放大，并输出误差放大信号至所述调整晶体管的栅极，以调整所述调整晶体管的导通状态。
可选的，还包括：限流模块，根据所述调整晶体管的电流对所述调整晶体管的栅极电压进行负反馈调整，将所述调整晶体管的栅源电压限定在额定耐压值以下。
可选的，所述限流模块包括：偏置单元和限流反馈单元；所述偏置单元包括第一晶体管、开关晶体管和第一电流源，所述第一晶体管的源极连接至电源电压，漏极连接至所述开关晶体管的漏极，所述开关晶体管的源极连接至所述第一电流源，所述第一电流源另一端接地，所述开关晶体管的栅极用于输入调制电压；所述限流反馈单元包括第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管以及第一电流镜；所述第四晶体管和所述调整晶体管镜像连接，所述第四晶体管的漏极连接至所述第一电流镜的电流输入端；所述第二晶体管与所述第一晶体管镜像连接，漏极连接至所述第三晶体管的漏极；所述第三晶体管的源极连接至所述电流镜的镜像电流端，栅极连接至所述调制电压；第五晶体管的源极连接至所述电源电压，漏极连接至所述第三晶体管的栅极，栅极连接至所述第三晶体管的漏极。
可选的，还包括：瞬态增强模块，连接在所述功率电源的输出端和所述前置放大单元之间，根据所述功率电源的输出端的电压对所述前置放大单元的输出电压进行负反馈调整，以提高对所述调整晶体管的栅极响应能力。
可选的，所述瞬态增强模块包括第二电流镜，所述第二电流镜的电流输入端通过串联的第四电阻和第三电阻连接至所述调整晶体管的漏极，所述第三电阻和第四电阻的连接端连接至所述功率电源输出端，所述第二电流镜的镜像电流端通过第五电阻连接至所述调制电压。
可选的，还包括片外稳压电容，一端连接于所述功率电源的输出端，另一端接地。
可选的，所述前置放大单元包括折叠运算放大器。
本发明的技术方案还提供一种电子设备，包括：如上述任一项所述的线性稳压器。
本发明的线性稳压器，在稳压输出模块与电源电压之间设置有预制电压模块，用于对电源电压进行预调制后输出调制电压，作为稳压输出模块的工作电压，能够支持连接至具有较宽范围的电源电压，在电源电压较高的情况下，由于稳压输出模块采用调制电压作为工作电压，可以有效减少所述稳压工作模块内的高压晶体管的使用数量，一定程度地降低面积。
进一步，所述线性稳压器还包括限流模块，结构简单，能够快速响应输出电流的变化，通过对调制晶体管的栅压进行负反馈，快速进行限流，避免调制晶体管被击穿。
进一步，所述线性稳压器还包括瞬态增强模块，通过电流镜结构在功率电源输出端和稳压输出模块之间形成负反馈通路，有效加快动态负载的瞬态响应能力，降低瞬态响应尖峰。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图2是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图3a是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图3b是本申请一实施例的线性稳压器输出的功率电源与电源电压之间的关系示意图；
图4是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图5是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图6是本申请一实施例的线性稳压器的结构示意图；
图7是本申请一实施例的线性稳压器的瞬态响应模块结构示意图；
图8是本申请一实施例的线性稳压器的功率电源输出端电流与电压关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1，为本发明一实施例的线性稳压器的结构示意图。
所述线性稳压器用于将电源电压HVCC转换为稳定的功率电源PVDD输出，通过所述功率电源PVDD向负载供电。
该实施例中，所述线性稳压器包括预调制电压模块110和稳压输出模块120。
所述预调制电压模块110，用于对输入的电源电压HVCC进行预调制，输出调制电压VN，所述调制电压VN小于所述电源电压HVCC。
所述稳压输出模块120与所述预调制电压模块110连接，用于将所述输入给所述稳压模块120的电源电压HVCC转换为稳定的功率电源PVDD输出，所述稳压输出模块120采用所述调制电压VN作为工作电压。输入给所述稳压模块120的电源电压HVCC与输入所述调制电压模块的电源电压HVCC可以通过同一电源接口提供。
所述预调制电压模块110内部可以包括降压单元，用于对电源电压HVCC进行降压处理，以输出调制电压VN提供给稳压输出模块120。在电源电压较高的情况下，需要采用高压晶体管连接至电源电压，由于高压晶体管的面积较大，较多的高压晶体管会导致电路面积较大。该实施例中，由于通过调制电压VN作为工作电压，在电源电压HVCC较高的情况下，依旧能够保持所述稳压输出模块120内的至少部分结构采用较低的调制电压VN作为工作电压，从而可以减少高压晶体管的使用数量，减小所述稳压输出模块120的面积和成本。在其他实施例中，所述预调制电压模块110还可以输出多个不同大小的调制电压，作为所述稳压输出模块120内部不同电路结构的工作电压。
因此，上述线性稳压器能够工作在较宽范围的电源电压HVCC场景下，可以直接与电源电压HVCC连接，具有较广的应用范围。
该实施例中，所述稳压输出模块120包括：前置放大单元121和功率级输出单元122。所述功率输出单元122连接至电源电压HVCC，用于将所述电源电压HVCC转换为稳定的功率电源PVDD输出，并向所述前置放大单元121提供所述功率电源PVDD的反馈电压VFB；所述前置放大单元121用于对所述反馈电压VFB和参考电压VREF进行误差放大，向所述功率级输出单元122输出控制信号，以稳定所述功率级输出单元122输出的功率电源PVDD。所述反馈电压VFB为与所述功率电源PVDD成特定比例的采样电压，跟随所述功率电源PVDD变化。所述参考电压VREF可以由带隙基准电路产生，与功率电源PVDD的目标值成所述特定比例。具体地，所述功率级输出单元122包括串联于电源电压HVCC与功率电源PVDD输出端之间的调整晶体管，所述前置放大单元121向所述调整晶体管的栅极输出控制信号，控制调整晶体管的导通电阻，可以调整输出的功率电源PVDD的大小。
所述预调制电压模块110还连接至所述功率电源PVDD的输出端，在所述电源电压HVCC小于一定阈值，使得所述预调制电压模块110产生的所述调制电压VN不足以启动所述稳压输出模块120，此时所述调制电压模块110输出随电源电压HVCC变化的功率电源PVDD；当所述电源电压HVCC超过一定阈值，使得所述稳压输出模块120输出的调制电压VN足够驱动所述稳压输出模块120工作时，由所述稳压输出模块120输出稳定的功率电源PVDD。
请参考图2，为本发明另一实施例的线性稳压器的结构示意图。
该实施例中，所述线性稳压器还包括限流模块140，所述限流模块140用于根据所述功率级输出单元122的调整晶体管的电流向所述功率级输出单元122输入负反馈调整信号，将功率级输出单元122内的调整晶体管的栅源电压限定在额定耐压值一下，避免击穿。
该实施例中，所述线性稳压器还包括瞬态增强模块130，连接在所述功率电源PVDD的输出端和所述前置放大单元121之间，根据所述功率电源PVDD对所述前置放大单元121的输出电压进行负反馈调整，以提高对所述功率级输出单元122的驱动能力，具体的，提高对功率级输出单元122内的调整晶体管的栅极响应能力。
在其他实施例中，所述线性稳压器可以具有所述限流模块140或瞬态增强模块130中的至少一个模块。
请参考图3a，为本发明另一实施例的线性稳压器的结构示意图。
该实施例中，所述线性稳压器包括预调制电压模块110和稳压输出模块120。
所述预调制电压模块110包括：预输出单元111和降压单元112a、112b。
所述预输出单元111在所述电源电压HVCC达到阈值之前，输出与所述电源电压HVCC成正比的功率电源PVDD，所述阈值为所述稳压输出模块120的启动阈值；所述降压单元112a、112b用于对所述电源电压HVCC进行降压处理，输出调制电压。
具体的，该实施例中，所述预输出单元111包括：稳压二极管D1、第一电阻R6、第二电阻R7以及稳压晶体管MP2，所述第一电阻R6一端连接至所述电源电压HVCC，另一端连接至所述稳压二极管D1的负极，所述稳压二极管D1的正极接地，所述第二电阻R7一端连接至所述电源电压HVCC，另一端连接至所述稳压晶体管MP2的漏极，所述稳压晶体管MP2的源极连接至所述功率电源PVDD的输出端，所述稳压晶体管MP2的栅极连接至所述稳压二极管D1的负极。
该实施例中，所述稳压二极管D1两端还并联有滤波电容C0，用于降低稳压二极管D1在稳压状态下的负极电压的波动，从而稳定MP2、MP1、MP0的源极输出电压。
所述降压单元112a包括第三电阻R8和降压晶体管MP1，所述第三电阻R8一端连接至所述电源电压HVCC，另一端连接至所述降压晶体管MP1的漏极，所述降压晶体管MP1的源极用于输出调制电压VN，所述降压晶体管MP1的栅极连接至所述稳压二极管D1的负极。该实施例中，所述预调制电压模块110还可以进一步包括降压单元112b，所述降压单元112b包括电阻R9和降压晶体管MP0，所述电阻R9一端连接至所述电源电压HVCC，另一端连接至所述降压晶体管MP0的漏极，所述降压晶体管MP0的源极用于输出调制电压LVCC，所述降压晶体管MP0的栅极连接至所述稳压二极管D1的负极。在其他实施例中，可以不采用所述降压单元112b产生所述调制电压LVCC，而是通过所述调制电压VN或者通过所述功率电源PVDD进行调制而产生所述调制电压LVCC。
所述调制电压VN和所述调制电压LVCC大小不同，用于提供给所述稳压输出模块120内的不同电路作为工作电压。在其他实施例中，也可以通过线性稳压器所在芯片上的低压LDO产生LVCC。
所述预调制电压模块110中的所述稳压晶体管MP2、降压晶体管MP1、MP0的漏极均通过电阻连接至所述电源电压HVCC，为了能够应用于HVCC高压的情况，所述稳压晶体管MP2、降压晶体管MP1、MP0均采用耐高压NMOS晶体管，对HVCC降压后输出。
所述线性稳压输出模块120包括前置放大单元121和功率级输出单元122。
所述功率级输出单元122包括：调整晶体管MP3和反馈电路；所述调整晶体管MP3的源极连接至所述电源电压HVCC，漏极连接至所述功率电源PVDD的输出端，栅极连接至所述前置放大单元121的输出端；所述反馈电路连接于所述功率电源PVDD的输出端和前置放大单元121的一个输入端之间，用于向所述前置放大单元121输出基于所述功率电源PVDD产生的反馈电压VFB。
所述前置放大单元121用于将所述反馈电压VFB与参考电压VREF进行误差放大，并输出误差放大信号至所述调整晶体管MP3的栅极，以调整所述调整晶体管MP3的导通状态。所述调整晶体管MP3为耐高压的PMOS功率晶体管。所述前置放大单元121可以包括一误差放大器1211。
该实施例中，所述反馈电路包括串联于功率电源PVDD输出端与地端之间的分压电阻R2和分压电阻R1，R2和R1的连接端向所述误差放大器1211的正相输入端输出功率电源PVDD的分压，作为反馈电压VFB，所述误差放大器1211的负相输入端用于输入参考电压VREF，所述误差放大器1211对所述参考电压VREF和所述反馈电压VFB进行误差放大，并输出误差放大信号至所述调整晶体管MP3的栅极，对所述调整晶体管MP3的栅源电压VGS进行调整，以调整所述调整晶体管MP3的导通电阻，进而调整输出的PVDD的值，以维持所述功率电源PVDD的稳定。所述反馈电路的反馈精度，以及误差放大器1211的误差放大精度决定了功率电源PVDD的稳定性及精度。该实施例中，所述分压电阻R1与地端之间还连接有开关管M10，通过使能信号EN控制所述开关管M10的通断状态。在其他实施例中，所述分压电阻R1也可以直接连接至地端。
所述前置放大单元121还包括弥勒补偿电路，用于向所述误差放大器1211提供弥勒补偿。所述弥勒补偿电路包括串联于所述调整晶体管MP3的漏极和所述误差放大器1211之间的电容C1和电阻R0。
所述调整晶体管MP3的漏极和所述反馈电路中的反馈电压VFB输出端之间还连接有电容Cb，所述电容Cb作为旁路电容，与电阻R1和R2形成高频零极点对，能够提高瞬态响应能力。
请参考图3b，为上述实施例中的线性稳压器输出的功率电源PVDD与电源电压HVCC的关系图。
其中，VG为预调制电压模块110中的稳压二极管D1的反偏稳压点电压，PVDD0为预先设计的线性稳压器在输出空载时候输出的功率电源的电压值，设计时候，使得PVDD0+VGSMP2+VDSMP3＞VG，其中VGSMP2为MP2的栅源电压，VGSMP3为MP3的源漏电压。
电源电压HVCC低于VG时候，功率电源PVDD由稳压晶体管MP2的源极输出。稳压二极管D1的负极电压随HVCC线性变化，因而使得稳压晶体管MP2的栅极电压Vgate随HVCC线性变化，此时，MP2的源极输出电压PVDD=Vgate-VGSMP2，与HVCC成正比，随着HVCC增大而线性升高。
当HVCC高于VG，但是低于PVDD0+VGSMP2+VDSMP3时，此时，因为MP2的栅极电压Vgate由稳压二极管D1的反偏稳压点电压VG决定，此时，MP2的源极电压PVDD被钳位稳定在VG-VGSMP2。
当HVCC高于PVDD0+VGSMP2+VDSMP3时，调制电压VN和LVCC以及使能信号EN，使得稳压输出模块120工作，此时功率电源PVDD由稳压输出模块120决定，在空载情况下，通过调整晶体管MP3的漏极输出稳定的功率电源PVDD=PVDD0。
在一些情况下，由于器件性能问题，稳压二极管D1的反偏稳压点电压VG可能会随着HVCC有所增加，或者电路会出现漏电等情况，在HVCC在VG~ PVDD0+VGSMP2+VDSMP3这段范围内，PVDD也可能会逐渐上升。
请参考图4，为本发明另一实施例的线性稳压器的结构示意图。
该实施例中，所述线性稳压器的功率电源PVDD输出端外接片外稳压电容CEXT，以及负载REXT，REXT为负载的等效电阻。所述片外稳压电容CEXT的电容值通常在μF级别，例如可以为1μF。
该实施例中，所述线性稳压器还包括限流模块140（请参考图2），所述限流模块140包括偏置单元141和限流反馈单元142，用于根据所述调整晶体管MP3的电流对所述调整晶体管MP3的栅极电压进行负反馈调整，将所述调整晶体管MP3的栅源电压限定在额定耐压值以下，防止所述调整晶体管MP3被击穿。
所述偏置单元141包括第一晶体管M1、开关晶体管M0和第一电流源Ic1，所述第一晶体管M1的源极连接至电源电压HVCC，漏极连接至所述开关晶体管M0的漏极，所述开关晶体管M0的源极连接至所述第一电流源Ic1，所述第一电流源Ic1另一端接地，所述开关晶体管M0的栅极用于输入调制电压VN。其中M1为耐高压的PMOS晶体管，所述开关管M0为耐高压的NMOS晶体管。
所述限流反馈单元142包括第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管MP4、第五晶体管MP5以及第一电流镜；所述第四晶体管MP4和所述调整晶体管MP3镜像连接，所述第四晶体管MP4的漏极连接至所述第一电流镜的电流输入端；所述第二晶体管M2与所述第一晶体管M1镜像连接，M2的漏极连接至所述第三晶体管M3的漏极；所述第三晶体管M3的源极连接至所述电流镜的镜像电流端，M3栅极连接至所述调制电压VN；第五晶体管MP5的源极连接至所述电源电压HVCC，漏极连接至所述第四晶体管MP4的栅极，栅极连接至所述第三晶体管M3的漏极。所述第一电流镜包括晶体管M4、M5、M6以及M7，M7和M4的栅极连接，M7的栅极和漏极连接；M6和M5的栅极连接，M6的栅漏极连接至M7的源极，M5的漏极连接至M4的源极，M6和M5的源极接地；M7的漏极作为电流镜的电流输入端，连接至MP4的漏极；M4的漏极作为电流镜的镜像电流端，连接至M3的源极。其中，M2、M3、MP4和MP5均为高压管，其中M3为NMOS管，M2、MP4和MP5均为PMOS管；所述第一电流镜内的M4~M7均为低压NMOS管。
所述偏置单元141用于向所述限流反馈单元142提供电流偏置。所述开关晶体管M0和所述第三晶体管M3均采用调制电压VN作为栅极偏置电压，能够使得开关晶体管M0和所述第三晶体管M3源极输出电压较小，使得M0和M3源极与地端之间的晶体管均可以采用低压晶体管，从而输出减少所述限流模块140内的高压管的数量。
调整晶体管MP3的电流被镜像至MP4，当功率电源PVDD输出端输出较大电流时，MP3电流增大，所以MP3的栅源电压增大，MP3晶体管的栅压减小。因为镜像，MP4电流也随MP3电流增大而增大，通过所述第一电流镜使得M3的电流增大，因为MP3晶体管栅压减小，即MP4晶体管的栅压减小，这样MP4晶体管的漏端电压增大，这样M4晶体管的栅压增大，所以M4晶体管的漏端电压被拉低，因为VN电压固定，从而使得M3的漏极电压减小，即MP5的栅极电压减小。由于MP5为PMOS管，MP5的栅极电压减小，使得MP5的栅源电压VGS增大，当MP3电流足够大，使得MP5的栅源电压超过导通阈值，使得MP5导通后，快速将MP5的漏极电压拉高，即MP3的栅极电压被快速拉高，使得MP3的VGS变小，MP3的电流减小。通过上述负反馈调节，使得MP3的栅源电压VGS受到限制，不会因为输出大电流时候过分展宽，实现对MP3的电流的限流。
综上，所述限流模块140通过负反馈环路，在MP3电流较大时，迅速将MP3的栅压拉高，使得MP3的栅源电压VGS不超过额定耐压值，防止MP3被击穿。
请参考图5，为本发明另一实施例的线性稳压器的结构示意图。
该实施例中，所述线性稳压器还包括瞬态增强模块130。所述瞬态增强模块130连接在所述功率电源PVDD的输出端和所述前置放大单元121之间，根据所述功率电源PVDD的输出端的电压对所述前置放大单元1211的输出电压进行负反馈调整，以提高对所述调整晶体管MP3的栅极响应能力。
该实施例中，所述瞬态增强模块130包括第二电流镜，所述第二电流镜的电流输入端通过串联的第四电阻R4和第三电阻R3连接至所述调整晶体管MP3的漏极，所述第二电流镜的镜像电流端通过第五电阻R5连接至所述调制电压VN。
所述第二电流镜包括镜像连接的晶体管M8、M9，具体的M8、M9为NMOS晶体管，M8和M9的栅极连接，源极均接地，M8的漏极作为电流输入端，连接至第四电阻R4；M9的漏极连接至第五电阻R5。其中，M8和M9均为低压NMOS管。
该实施例中，以所述第三电阻R3和第四电阻R4的连接端作为功率电源PVDD的输出端。
所述误差放大器1211采用调制电压VN作为内部的偏置电压，所述瞬态增强模块130的第五电阻R5也连接至所述调制电压VN，通过所述第二电流镜可以对误差放大器1211内部的偏置电路进行负反馈，以提高所述误差放大器1211输出信号对于调整晶体管MP3的栅极响应能力。在PVDD端由于负载变化，发生过冲时，通过负反馈结构控制MP3的栅压瞬态增加，从而MP3流过的瞬态电流减小，从而使得PVDD过冲减小；同样，当PVDD发生下冲时，通过负反馈结构控制MP3的栅压瞬态减小，从而MP3流过的瞬态电流增大，从而使得PVDD过冲减小。
在其他实施方式中，所述线性稳压器也可以仅具有所述瞬态增强模块130和限流模块140中的任意一个模块。
请参考图6，为本发明一实施例的线性稳压器的结构示意图。
图6示出了所述误差放大器1211的一个具体电路示意图。该实施例中，所述误差放大器1211采用折叠式运算放大器结构，包括电流源Ic0、晶体管M12~ M21以及晶体管M0和M1。所述晶体管M0和M1镜像连接，源极连接至调制电压LVCC，M12的漏极连接电流源Ic0，将Ic0镜像至M13。M0和M1构成差分对管，M0的栅极连接VFB, M1的栅极连接VREF, M13向所述差分对管输入镜像偏置电流Ic0。M14~M17构成电流镜结构，M14和M16为M18和M20提供稳定的电流，M15和M17为M19和M21提供稳定的电流，同时M14~M17作为误差放大器1211输出端输出阻抗的一部分，提高了输出阻抗，从而提高了第一级误差放大器的直流增益，M18~M21采用高压晶体管，M18~M21也为误差放大器1211输出端输出阻抗的一部分，M21和M19的漏极连接，用于向调整晶体管MP3输出误差放大信号。其中，VBN1和VBN2为偏置电压，确保M14~M17晶体管工作在饱和区内。
图6中，存在两个极点，分别为主极点B处，以及次极点A处。因为功率电源输出端PVDD串联电阻R3，R3采用较小的阻值，例如可以为5ohm，R3的取值与环路稳定性有关，因为R3会与片外稳定电容CEXT形成一个零点，用来补偿运算放大器1211的输出端的次极点A，提高稳定性，因此无需在调整晶体管MP3的栅极增加缓冲器来提升稳定器。
其中，主次极点以及零点分别为：
在B处存在主极点：
Figure 548650DEST_PATH_IMAGE001
；
在A处存在次极点P1：
Figure 475018DEST_PATH_IMAGE002
；
R3与CEXT在PVDD端产生一个零点Z0，位于左半平面，用来补偿次极点P1，提升相位。
Figure 820548DEST_PATH_IMAGE003
。
以上，rds为晶体管的漏极看过去的小信号阻抗，gm为晶体管的跨导，Cgs为晶体管的栅源之间的寄生电容。
具体地，
Figure 190481DEST_PATH_IMAGE004
为调整管MP3的漏端阻抗，/>
Figure 723094DEST_PATH_IMAGE005
为M8的漏端阻抗，/>
Figure 718731DEST_PATH_IMAGE006
为晶体管M21的漏端阻抗，/>
Figure 669501DEST_PATH_IMAGE007
为调整管MP3的跨导，/>
Figure 194023DEST_PATH_IMAGE008
为调整管MP3的栅源之间的寄生电容。
请参考图7，为图5和图6中的瞬态增强模块130部分的电路结构。
VN为偏置电压，电阻R3、电阻R4，电流镜M8、M9，电阻R5，晶体管M19以及调整晶体管MP3构成负反馈环路。
具体地，当PVDD端由于负载变化，发生过冲时，M8晶体管内的瞬态电流增加，通过电流镜镜像，M9流过的瞬态电流会增加，对于VN来说，因为MP1的栅压稳定，MP1流过的瞬态电流增加，所以VN被迫瞬态减小，所以M19的漏端电压也即MP3的栅压会瞬态增大，从而MP3流过的瞬态电流减小，从而使得PVDD过冲减小。同样，当PVDD发生下冲时，通过负反馈结构将PVDD的下冲减小。因为在PVDD输出端构成负反馈，若PVDD端发生瞬态电流调整，可通过反馈通路提高MP3的栅极响应能力。
因为R3存在，所以PVDD在未触发限流时候，会随着电流增加线性降低。所以正常工作状态下PVDD随负载电流变化。请参考图8，ITH为限流阈值，ITH与PVDD端负载所需电流有关，ITH要高于负载所需电流，为确保余量，ITH一般设置要比负载所需电流高的多，同时又要确保调整晶体管MP3的驱动能力足够。当PVDD端输出电流超过阈值ITH时，调整晶体管MP3的栅压降低过大，触发限流模块140，从而又快速提高调整晶体管MP3的栅压，使得PVDD下降，确保MP3的栅源电压VGS不至于过大，从而减小击穿风险，提高线性稳压器的可靠性。
本发明的实施例还提供一种具有上述实施例中所述的线性稳压器的电子设备。所述电子设备适用于较宽的电源电压，所述线性稳压器能够为所述电子设备的负载提供稳定的功率电源，可靠性较高。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种线性稳压器，其特征在于，包括：
预调制电压模块，用于对输入的电源电压进行预调制，输出调制电压，所述调制电压小于所述电源电压；
稳压输出模块，与所述预调制电压模块连接，采用所述调制电压作为工作电压，用于将输入给所述稳压输出模块的所述电源电压转换为稳定的功率电源输出；所述稳压输出模块包括前置放大单元和功率级输出单元，所述功率级输出单元包括调整晶体管，所述调整晶体管的源极连接至所述电源电压，漏极连接至所述功率电源的输出端，栅极连接至所述前置放大单元的输出端，所述前置放大单元采用所述调制电压作为内部的偏置电压；
所述线性稳压器还包括：瞬态增强模块，连接在所述稳压输出模块的功率电源的输出端和所述前置放大单元之间，根据所述功率电源的输出端的电压对所述前置放大单元的输出电压进行负反馈调整，以提高对所述调整晶体管的栅极响应能力；所述瞬态增强模块包括第二电流镜，所述第二电流镜的电流输入端通过串联的第四电阻和第三电阻连接至所述调整晶体管的漏极，所述第三电阻和第四电阻的连接端连接至所述功率电源输出端，所述第二电流镜的镜像电流端通过第五电阻连接至所述调制电压。
2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述预调制电压模块包括：预输出单元和降压单元；所述预输出单元在所述电源电压达到阈值之前，输出与所述电源电压成正比的功率电源，所述阈值为所述稳压输出模块的启动阈值；所述降压单元用于对所述电源电压进行降压处理，输出调制电压。
3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，所述预输出单元包括：稳压二极管、第一电阻、第二电阻以及稳压晶体管，所述第一电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述稳压二极管的负极，所述稳压二极管的正极接地，所述第二电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述稳压晶体管的漏极，所述稳压晶体管的源极连接至所述功率电源的输出端，所述稳压晶体管的栅极连接至所述稳压二极管的负极；所述降压单元包括第三电阻和降压晶体管，所述第三电阻一端连接至所述电源电压，另一端连接至所述降压晶体管的漏极，所述降压晶体管的源极用于输出调制电压，所述降压晶体管的栅极连接至所述稳压二极管的负极。
4.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述功率级输出单元还包括：反馈电路；所述反馈电路连接于所述功率电源的输出端和前置放大单元的输入端之间，用于获取所述功率电源的输出端的反馈电压并输出至所述前置放大单元；所述前置放大单元用于将所述反馈电压与参考电压进行误差放大，并输出误差放大信号至所述调整晶体管的栅极，以调整所述调整晶体管的导通状态。
5.根据权利要求4所述的线性稳压器，其特征在于，还包括：限流模块，根据所述调整晶体管的电流对所述调整晶体管的栅极电压进行负反馈调整，将所述调整晶体管的栅源电压限定在额定耐压值以下。
6.根据权利要求5所述的线性稳压器，其特征在于，所述限流模块包括：偏置单元和限流反馈单元；
所述偏置单元包括第一晶体管、开关晶体管和第一电流源，所述第一晶体管的源极连接至电源电压，漏极连接至所述开关晶体管的漏极，所述开关晶体管的源极连接至所述第一电流源，所述第一电流源另一端接地，所述开关晶体管的栅极用于输入调制电压；
所述限流反馈单元包括第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管以及第一电流镜；所述第四晶体管和所述调整晶体管镜像连接，所述第四晶体管的漏极连接至所述第一电流镜的电流输入端；所述第二晶体管与所述第一晶体管镜像连接，漏极连接至所述第三晶体管的漏极；所述第三晶体管的源极连接至所述电流镜的镜像电流端，栅极连接至所述调制电压；第五晶体管的源极连接至所述电源电压，漏极连接至所述第四晶体管的栅极，栅极连接至所述第三晶体管的漏极。
7.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，还包括片外稳压电容，一端连接于所述功率电源的输出端，另一端接地。
8.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述前置放大单元包括折叠运算放大器。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的线性稳压器。
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