CN112099560A - 线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种线性稳压器，涉及集成电路技术领域。该线性稳压器包括差分放大电路、电压输出电路、输出辅助电路、反馈电路；差分放大电路包括对称连接的第一放大支路和第二放大支路，每个放大支路包括有源负载和共源共栅放大；第二放大支路中的有源负载与共源共栅放大器的连接点与的驱动管的控制端连接；反馈电路与电压输出电路的输出端连接；输出辅助电路包括检测管和辅助驱动管，检测管的控制端与驱动管的控制端连接，检测管用于检测负载电流的变化，辅助驱动管用于在负载电流超出预定范围时开启，并提供辅助电流；解决了目前负载电流突变对线性稳压器的输出电压影响较大的问题；达到了保证线性稳压器在负载电流突变时输出稳定的效果。

Description

线性稳压器

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。

背景技术

线性稳压器在集成电路中被广泛应用，图1示出了一种现有的线性稳压器的电路原理图。图1所示的线性稳压器包括放大电路、电压调整电路和反馈电路，电压调整电路包括NMOS管MDRV，NMOS管MDRV的源极作为线性稳压器的输出端；放大电路中PMOS管MP4的漏极与NMOS管MDRV的栅极连接，PMOS管MP4提供NMOS管MDRV的控制电压；接地电容C1与NMOS管MDRV的栅极连接。

现有线性稳压器在实际使用过程中，负载电流有可能发生跳变现象，当负载电流突然变大时，输出电压OUT迅速下降，但输出电压的恢复较慢。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种线性稳压器。该技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种线性稳压器，包括差分放大电路、电压输出电路、输出辅助电路、反馈电路；

差分放大电路包括对称连接的第一放大支路和第二放大支路，每个放大支路包括有源负载和共源共栅放大器，有源负载电路连接电源电压；

第二放大支路中的有源负载与共源共栅放大器的连接点与电压输出电路中的驱动管的控制端连接，电压输出电路还包括电容；电压输出电路用于提供输出电压；

反馈电路与电压输出电路的输出端连接，反馈电路用于将输出电压反馈至差分放大电路；

输出辅助电路包括检测管和辅助驱动管，检测管的控制端与电压输出电路中驱动管的控制端连接，检测管用于检测负载电流的变化；辅助驱动管与电源电压、检测管、驱动管的控制端分别连接，辅助驱动管用于在负载电流超出预定范围时开启，并提供辅助电流。

可选的，电压输出电路中的驱动管为第一NMOS管，第二放大支路中有源负载与共源共栅放大器的连接点与第一NMOS管的栅极连接；

第一NMOS管的漏极与电源电压连接，第一NMOS管的源极为电压输出电路的输出端；

第一NMOS管的源极与反馈电路连接；

电压输出电路中的电容与第一NMOS管的栅极连接。

可选的，输出辅助电路中的检测管为第二NMOS管，输出辅助电路中的辅助驱动管为第一PMOS管；

第一PMOS管的源极与电源电压连接，第一PMOS管的栅极通过第一电阻与电源电压连接，第一PMOS管的栅极与第二NMOS管的漏极连接，第一PMOS管的漏极与第一NMOS管的源极连接；

第二NMOS管的栅极与第一NMOS管的栅极连接，第二NMOS管的源极与第一NMOS管的源极连接。

可选的，第一NMOS管的宽长比为第二NMOS管的宽长比的N倍，N为预定值。

可选的，反馈电路包括第二电阻和第三电阻，第二电阻与第一NMOS管的源极连接；

第二电阻与第三电阻连接，第三电阻接地；

第二电阻和第三电阻的公共端与第二放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器连接。

可选的，差分放大电路还包括尾电流源，尾电流源与每个放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器分别连接。

可选的，尾电流源为第三NMOS管；

第三NMOS管的栅极连接第一偏置电压，第三NMOS管的漏极连接共源共栅放大器的共源级放大器，第三NMOS管的源极接地。

可选的，第一放大支路中的有源负载包括第二PMOS管、第三PMOS管，第二放大支路中有源负载包括第四PMOS管、第五PMOS管；

第二PMOS管的源极连接电源电压，第二PMOS管的漏极与第三PMOS管的源极连接，第四PMOS管的源极连接电源电压，第四PMOS管的漏极与第五PMOS管的源极连接，第二PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极连接第二偏置电压，第三PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极连接第三偏置电压；

在第一放大支路中，第三PMOS管的漏极连接共源共栅放大器中共栅级放大器；在第二放大支路中，第五PMOS管的漏极连接共源共栅放大器中共栅级放大器。

可选的，共源共栅放大器由PMOS管和NMOS管构成。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

本申请实施例提供的线性稳压器，包括差分放大电路、电压输出电路、输出辅助电路、反馈电路；差分放大电路包括对称连接的第一放大支路和第二放大支路，每个放大支路包括有源负载和共源共栅放大器，有源负载电路连接电源电压；第二放大支路中的有源负载与共源共栅放大器的连接点与电压输出电路中的驱动管的控制端连接，电压输出电路还包括电容；电压输出电路用于提供输出电压；反馈电路与电压输出电路的输出端连接，反馈电路用于将输出电压反馈至差分放大电路；输出辅助电路包括检测管和辅助驱动管，检测管的控制端与电压输出电路中驱动管的控制端连接，检测管用于检测负载电流的变化；辅助驱动管与电源电压、检测管、驱动管的控制端分别连接，辅助驱动管用于在负载电流超出预定范围时开启，并提供辅助电流；解决了目前负载电流突变对线性稳压器的输出电压影响较大的问题；达到了保证线性稳压器在负载电流快速跳变时输出稳定的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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是一种现有的线性稳压器的电路原理图；

图2是本申请实施例提供的一种线性稳压器的电路原理图；

图3是一种现有的线性稳压器在负载电流跳变时的仿真图；

图4是本申请实施例提供的一种线性稳压器在负载电流跳变时的仿真图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本申请实施例提供了一种线性稳压器，该线性稳压器包括差分放大电路、电压输出电路、输出辅助电路、反馈电路。

差分放大电路连接电源电压VDD，电压输出电路与差分放大电路连接，电压输出电路的输出端与反馈电路连接，反馈电路与差分放大电路连接，输出辅助电路与电源电压VDD、电压输出电路连接。

电压输出电路用于提供输出电压。

辅助电压输出电路用于在线性稳压器的负载电流跳变时，提供辅助电流，减小负载电流跳变对输出电压的影响，实现输出电压的快速恢复。

反馈电路用于将输出电压反馈至差分放大电路。

差分放大电路包括对称连接的第一放大支路和第二放大支路，每个放大支路包括有源负载和共源共栅放大器，有源负载电路连接电源电压VDD。

第二放大支路中的有源负载电路与共源共栅放大器的连接点与电压输出电路中的驱动管的控制端连接。

电压输出电路还包括电容。

输出辅助电路包括检测管和辅助驱动管，检测管的控制端与电压输出电路中驱动管的控制端连接，辅助驱动管与电源电压VDD、检测管、驱动管的控制端分别连接。

检测管用于检测负载电流的变化；辅助驱动管用于在负载电流超出预定范围时开启，并提供辅助电流。

负载电流指的是线性稳压器的输出端OUT到地的电流。

预定范围是预先设置的，具体数值范围根据实际情况确定。

差分放大电路还包括尾电流源，尾电流源与每个放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器分别连接。

图2是本申请实施例提供的一种线性稳压器的电路原理示意图。

如图2所示，电压输出电路中的驱动管为第一NMOS管MN1，第一NMOS管MN1的漏极连接电源电压VDD。

反馈电路包括第二电阻R2和第三电阻R3。

差分放大电路包括第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7；差分放大电路还包括尾电流源，尾电流源为第三NMOS管MN3。

共源共栅放大器由PMOS管和NMOS管构成。

在第一放大支路中，第二PMOS管MP2和第三PMOS管MP3构成有源负载，第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5构成共源共栅放大器，第四NMOS管MN4为共栅级放大器，第五NMOS管MN5为共源极放大器。

第二PMOS管MP2的源极连接电源电压VDD，第二PMOS管MP2的漏极与第三PMOS管MP3的源极连接,第二PMOS管的栅极连接第二偏置电压VB2，第三PMOS管MP3的栅极连接第三偏置电压VB3；第三PMOS管MP3的漏极连接第四NMOS管MN4的漏极，第四NMOS管的栅极连接第四偏置电压VB4。

在第二放大支路中，第四PMOS管MP4和第五PMOS管MP5构成有源负载，第六NMOS管MN6和第七NMOS管MN7构成共源共栅放大器，第六NMOS管MN6为共栅级放大器，第七NMOS管MN7为共源级放大器。

第四PMOS管MP4的源极连接电源电压VDD，第四PMOS管MP4的漏极与第五PMOS管MP5的源极连接，第四PMOS管MP4的栅极连接第二偏置电压VB2，第五PMOS管MP5的栅极连接第三偏置电压VB3，第五PMOS管MP5的漏极连接第六NMOS管MN6的漏极，第六NMOS管MN6的栅极连接第四偏置电压VB4。

尾电流源与每个放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器分别连接；具体地，第三NMOS管MN3的漏极与第五NMOS管MN5的源极、第七NMOS管MN7的源极分别连接，第三NMOS管MN3的源极接地，第三NMOS管MN3的栅极连接第一偏置电压VB1。

第一偏置电压VB1、第二偏置电压VB2、第三偏置电压VB3、第四偏置电压VB4是预先设定的。

第二放大支路中有源负载与共源共栅放大器的连接点与第一NMOS管MN1的栅极连接。具体地，第五PMOS管的漏极与第一NMOS管MN1的栅极连接，第五PMOS管的漏极为第一NMOS管MN1提供驱动电压NGATE。

电压输出电路中的电容C1与第一NMOS管MN1的栅极连接，具体地，电容C1的一端接驱动电压NGATE，电容C1的另一端接地。

第一NMOS管MN1的漏极与电源电压VDD连接，第一NMOS管MN1的源极为电压输出电路的输出端OUT。

第一NMOS管MN1的源极与反馈电路连接。具体地，第一NMOS管MN1的源极，即电压输出电路的输出端OUT与第二电阻R2连接；第二电阻R2与第三电阻R3连接，第三电阻R3接地。

第二电阻R2和第三电阻R3的公共端与第二放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器连接。具体地，第二电阻R2和第三电阻R3的公共端提供电压VBF，第七NMOS管MN7的栅极接电压VBF，将电压输出电路的输出电压反馈至差分放大电路；第五NMOS管MN5的栅极接参考电压VREF。

第一NMOS管MN1作为驱动管，输出辅助电路与电源电压VDD、驱动管MN1连接。

输出辅助电路包括第二NMOS管MNa1、第一PMOS管MPa1、第一电阻R1，第二NMOS管MNa1为检测管，第一PMOS管MPa1为辅助驱动管。

第一PMOS管MPa1的源极与电源电压VDD连接，第一PMOS管MPa1的栅极通过第一电阻R1与电源电压VDD连接，第一PMOS管MPa1的栅极与第二NMOS管MNa1的漏极连接，第一PMOS管MPa1的漏极与第一NMOS管MN1的源极连接。

第二NMOS管MNa1的栅极与第一NMOS管MN1的栅极连接，第二NMOS管MNa1的源极与第一NMOS管MN1的源极连接。第二NMOS管MNa1的栅极接驱动电压NGATE。

第一NMOS管MN1的宽长比为第二NMOS管MNa1的宽长比的N倍，N为预定值。

可选的，N＞1。比如：第一NMOS管MN1的宽长比为1000，第二NMOS管MNa1的宽长比为3，则N＝1000/3。

第二NMOS管MNa1作为检测管，第一PMOS管MPa1为辅助驱动管；检测辅助电流的变化。轻载(即负载电流在预定范围内)时，检测管MNa1上的电流较小，第一电阻R1的压降较小，辅助驱动管MPa1关闭，不影响电压输出电路输出的电压。

可选的，预定范围是预先确定的。比如，预定范围为电流值小于10mA。在一个例子中，轻载时，负载电流为100uA。

当负载电流发生跳变时，即负载电流超出预定范围(重载)时，检测管MNa1上的电流增加，第一电阻R1的压降增加，当第一电阻R1上的压降增加至大于辅助驱动管MPa1的阈值电压时，辅助驱动管MPa1开启，为电压输出电路提供辅助电流，减小负载电流跳变对输出电压的影响。

以输出的负载电流从100uA突变为10mA，输出电压恢复到终值5％(终值为1.5V)为例，终值为输出电压最后稳定的值；图3为图1所示的线性稳压器对应的仿真图，图4为图2所示的线性稳压器对应的仿真图。从图3可以看出图1所示的现有的线性稳压器的输出电压掉落最大值为478mV，输出电压恢复到终值5％的所需时间为10.1us；从图4可以看出，采用图2所示的线性稳压器的输出电压掉落最大值为220mV，输出电压恢复到终值5％的所需时间为8.1us；可以看出，采用本申请实施例提供的线性稳压器结构，可以在负载电流跳变时令输出电压更快恢复、有助于输出电压的稳定输出。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种线性稳压器，其特征在于，包括差分放大电路、电压输出电路、输出辅助电路、反馈电路；

所述差分放大电路包括对称连接的第一放大支路和第二放大支路，每个放大支路包括有源负载和共源共栅放大器，所述有源负载电路连接电源电压；

所述第二放大支路中的有源负载与共源共栅放大器的连接点与所述电压输出电路中的驱动管的控制端连接，所述电压输出电路还包括电容；所述电压输出电路用于提供输出电压；

所述反馈电路与所述电压输出电路的输出端连接，所述反馈电路用于将输出电压反馈至所述差分放大电路；

所述输出辅助电路包括检测管和辅助驱动管，所述检测管的控制端与所述电压输出电路中驱动管的控制端连接，检测管用于检测负载电流的变化；所述辅助驱动管与所述电源电压、所述检测管、所述驱动管的控制端分别连接，辅助驱动管用于在负载电流超出预定范围时开启，并提供辅助电流。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述电压输出电路中的驱动管为第一NMOS管，所述第二放大支路中有源负载与共源共栅放大器的连接点与所述第一NMOS管的栅极连接；

所述第一NMOS管的漏极与所述电源电压连接，所述第一NMOS管的源极为所述电压输出电路的输出端；

所述第一NMOS管的源极与所述反馈电路连接；

所述电压输出电路中的电容与所述第一NMOS管的栅极连接。

3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，所述输出辅助电路中的检测管为第二NMOS管，所述输出辅助电路中的辅助驱动管为第一PMOS管；

所述第一PMOS管的源极与所述电源电压连接，所述第一PMOS管的栅极通过第一电阻与所述电源电压连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的源极连接；

所述第二NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。

4.根据权利要求3所述的线性稳压器，其特征在于，所述第一NMOS管的宽长比为所述第二NMOS管的宽长比的N倍，N为预定值。

5.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，反馈电路包括第二电阻和第三电阻，所述第二电阻与所述第一NMOS管的源极连接；

所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第三电阻接地；

所述第二电阻和所述第三电阻的公共端与所述第二放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器连接。

6.根据权利要求1或2所述的线性稳压器，其特征在于，所述差分放大电路还包括尾电流源，所述尾电流源与每个放大支路中共源共栅放大器的共源级放大器分别连接。

7.根据权利要求6所述的线性稳压器，其特征在于，所述尾电流源为第三NMOS管；

所述第三NMOS管的栅极连接第一偏置电压，所述第三NMOS管的漏极连接共源共栅放大器的共源级放大器，所述第三NMOS管的源极接地。

8.根据权利要求1或2所述的线性稳压器，其特征在于，所述第一放大支路中的有源负载包括第二PMOS管、第三PMOS管，所述第二放大支路中有源负载包括第四PMOS管、第五PMOS管；

第二PMOS管的源极连接电源电压，第二PMOS管的漏极与第三PMOS管的源极连接，第四PMOS管的源极连接电源电压，第四PMOS管的漏极与第五PMOS管的源极连接，第二PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极连接第二偏置电压，第三PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极连接第三偏置电压；

在所述第一放大支路中，所述第三PMOS管的漏极连接共源共栅放大器中共栅级放大器；在所述第二放大支路中，所述第五PMOS管的漏极连接共源共栅放大器中共栅级放大器。

9.根据权利要求1或2所述的线性稳压器，其特征在于，所述共源共栅放大器由PMOS管和NMOS管构成。

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