CN111880596A - 一种应用于超低静态电流ldo的动态偏置电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其包括运算放大器AMP、功率管MP、MOS管MP1、MP2、MP3、MPX、MN1、MN2以及MN3，所述运算放大器AMP的反相输入端与基准电压Vref相连，所述运算放大器AMP的同相输入端与电压反馈Vfb相连，所述功率管MP的栅极与所述运算放大器AMP的输出端相连，所述功率管MP的漏极与工作电压Vdd相连；本方案通过设置动态电流的上下限，解决了超低静态电流LDO的动态偏置问题，实现了空载时的低静态电流的偏置和重载时偏置电流可控。

Description

一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路。
背景技术
LDO(线性稳压电路)是一种通用的稳压电路，相较于开关稳压电路，它具有抖动纹波小，PSRR高等优点，参见附图1所示，运放AMP(放大器)和MP以及R1，R2形成电路闭环，LDO输出Vout＝VREF*(R2+R1)/R2。在一些极低功耗的应用比如物联网，手持设备等的系统中，LDO本身的静态功耗会增加系统的静态功耗，降低能量的使用效率。在整个环路中，AMP和输出级MP都会贡献静态电流，如果要实现LDO的静态电流小，则必须减少AMP及MP的静态电流。但是当LDO负载变大时，偏小的静态电流偏置会影响LDO的动态特性。
参见附图2所示，一项申请公布号为CN107797599A，名称为“具有动态补偿和快速瞬态响应的LDO电路”的中国发明专利，其通过MOS管MP3和MP4，镜像LDO输出管MP7的电流(即负载电流)，对各级偏置提供电流。这种跟随输出负载电流的偏置电流可以解决超低静态电流LDO的动态响应慢的问题，但是当LDO的负载变化范围较大的时候，LDO本身各级的偏置电流随输出电流变化大，内部很多器件会偏离饱和区，从而影响LDO的稳定性及PSRR(电源纹波抑制比)。虽然其改善了低静态功耗LDO的动态性能，但其仍然存在上述缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，该动态偏置电路其解决了超低静态电流LDO的动态偏置问题，在改善动态性能的前提下，不影响LDO的稳定性及PSRR。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，所述动态偏置电路包括运算放大器AMP、功率管MP、MOS管MP1、MP2、MP3、MPX、MN1、MN2以及MN3，所述运算放大器AMP的反相输入端与基准电压Vref相连，所述运算放大器AMP的同相输入端与电压反馈Vfb相连，所述功率管MP的栅极与所述运算放大器AMP的输出端相连，所述功率管MP的漏极与工作电压Vdd相连，MOS管MP1为MOS管MP的镜像。
在一些实施例中，所述MOS管MP1的源极与MOS管MN2的源极相连，所述MOS管MN2的栅极分别与MOS管MP1的源极和MOS管MN3的栅极相连，所述MOS管MN2的漏极与MOS管MN3的漏极相连，所述MOS管MN1的漏极接地，所述MOS管MN1的源极与偏置电流I BD相连，所述MOS管MP3的漏极与MOS管MP2的漏极相连，所述MOS管MP3的栅极与MOS管MP2的栅极相连，所述MOPS管MPX的漏极与MOS管MP2的漏极相连。
在一些实施例中，所述MOS管MPX的源极分别与MOS管MP2的源极和MOS管MN3的源极相连。
在一些实施例中，所述MOS管MP3的源极通过电流偏置I b与MOS管MN1的漏极相连，其中MOS管MP1相对于MOS管MP的宽长比比例为1：N，MOS管MN2、MN1、MN3的宽长比比例为1：k：1；MOS管MP2和MP3的宽长比比例为1：k，N和k为≥1的正整数。
在一些实施例中，所述功率管MP的源极通过电阻Rf1与运算放大器AMP的同相输入端相连，所述功率管MP的源极与外部负载Vout相连。
在一些实施例中，所述MOS管MP的源极通过电阻Rf1和Rf2接地，其中运算放大器AMP的同相输入端连接在所述电阻Rf1和Rf2之间。
与传统的技术方案相比，本方案具有的有益技术效果为：本方案通过设置动态电流的上下限，解决了超低静态电流LDO的动态偏置问题，实现了空载时的低静态电流的偏置和重载时偏置电流可控。
附图说明
图1为传统的线性稳压电路(LDO)的电路结构图。
图2为现有公开的线性稳压电路(LDO)的电路结构图。
图3为本发明中的用于超低静态电流LDO的动态偏置电路的电路结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
本发明是针对现有的线性稳压电路LDO的负载变化范围较大的时候，LDO本身各级的偏置电流随输出电流变化大，内部很多器件会偏离饱和区，从而影响LDO的稳定性及PSRR(电源纹波抑制比)；进而提出的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，该动态偏置电路其解决了超低静态电流LDO的动态偏置问题，在改善动态性能的前提下，不影响LDO的稳定性及PSRR。
参见附图3所示，本实施例中的应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，该动态偏置电路包括运算放大器AMP、功率管MP、MOS管MP1、MP2、MP3、MPX、MN1、MN2以及MN3，运算放大器AMP的反相输入端与基准电压Vref相连，运算放大器AMP的同相输入端与电压反馈Vfb相连，功率管MP的栅极与运算放大器AMP的输出端相连，功率管MP的漏极与工作电压Vdd相连，MOS管MP1为MOS管MP的镜像，MOS管MP1的源极与MOS管MN2的源极相连，MOS管MN2的栅极分别与MOS管MP1的源极和MOS管MN3的栅极相连，MOS管MN2的漏极与MOS管MN3的漏极相连，MOS管MN1的漏极接地，MOS管MN1的源极与偏置电流IBD相连，MOS管MP3的漏极与MOS管MP2的漏极相连，MOS管MP3的栅极与MOS管MP2的栅极相连，MOPS管MPX的漏极与MOS管MP2的漏极相连，MOS管MPX的源极分别与MOS管MP2的源极和MOS管MN3的源极相连，MOS管MP3的源极通过电流偏置Ib与MOS管MN1的漏极相连，其中MOS管MP1相对于MOS管MP的宽长比比例为1：N，MOS管MN2、MN1、MN3的宽长比比例为1：k：1；MOS管MP2和MP3的宽长比比例为1：k，N和k为≥1的正整数。
在一个实施例中，MOS管MP的源极通过电阻Rf1和Rf2接地，其中运算放大器AMP的同相输入端连接在电阻Rf1和Rf2之间，功率管MP的源极与外部负载Vout相连。
下面对动态偏置电路的工作原理做一下说明：
假设MPX的饱和电流为Idsat，当LDO的负载电流Iload大时(Iload>N*Idsat)，MP1镜像得到的电流也大，因此MN3分到的电流足够使MPX工作在饱和区，此时IBD＝K*Idsat+Ib；可以发现IBD被限流，不会再随Iload增加而增加，由于偏置电流是给AMP使用，偏置电流的固定可以使AMP的稳定性及PSRR性能更好设计。当LDO空载时或轻载时(Iload<N*Idsat)，MP2和MP3工作在截至区，IBD＝K/N*Iload+Ib；可以发现IBD跟随Iload变化而线性变化，因此可以使LDO获得较好的动态性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述动态偏置电路包括运算放大器AMP、功率管MP、MOS管MP1、MP2、MP3、MPX、MN1、MN2以及MN3，所述运算放大器AMP的反相输入端与基准电压Vref相连，所述运算放大器AMP的同相输入端与电压反馈Vfb相连，所述功率管MP的栅极与所述运算放大器AMP的输出端相连，所述功率管MP的漏极与工作电压Vdd相连，MOS管MP1为MOS管MP的镜像。
2.根据权利要求1所述的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述MOS管MP1的源极与MOS管MN2的源极相连，所述MOS管MN2的栅极分别与MOS管MP1的源极和MOS管MN3的栅极相连，所述MOS管MN2的漏极与MOS管MN3的漏极相连，所述MOS管MN1的漏极接地，所述MOS管MN1的源极与偏置电流IBD相连，所述MOS管MP3的漏极与MOS管MP2的漏极相连，所述MOS管MP3的栅极与MOS管MP2的栅极相连，所述MOPS管MPX的漏极与MOS管MP2的漏极相连。
3.根据权利要求2所述的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述MOS管MPX的源极分别与MOS管MP2的源极和MOS管MN3的源极相连。
4.根据权利要求3所述的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述MOS管MP3的源极通过电流偏置Ib与MOS管MN1的漏极相连，其中MOS管MP1相对于MOS管MP的宽长比比例为1：N，MOS管MN2、MN1、MN3的宽长比比例为1：k：1；MOS管MP2和MP3的宽长比比例为1：k，N和k为≥1的正整数。
5.根据权利要求1所述的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述功率管MP的源极通过电阻Rf1与运算放大器AMP的同相输入端相连，所述功率管MP的源极与外部负载Vout相连。
6.根据权利要求2所述的一种应用于超低静态电流LDO的动态偏置电路，其特征在于，所述MOS管MP的源极通过电阻Rf1和Rf2接地，其中运算放大器AMP的同相输入端连接在所述电阻Rf1和Rf2之间。
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