CN112286279A - 应用于极低功耗ldo在负载快速切换时的防振荡电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，涉及集成电路设计领域。本发明包括：误差放大器电路，用于放大基准信号与反馈信号的差值；缓冲电路，用于驱动输出端的功率管；反馈及功率电路，用于反馈输出电压和驱动负载；负载电流追踪电路，用于追踪负载电流；防振荡电路，用于防止当负载快速切换时的振荡现象。本发明技术的优点如下，传统LDO电路为了降低功耗，需要减小各支路电流，这会导致LDO瞬态响应变差，追踪负载电流来改变缓冲电路的偏置电流可改善瞬态响应，然而它面临着容易振荡的风险。本发明的技术额外加入了一个RC延时电路，其时间常数动态可调，可解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。

Description

应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路。
背景技术
在集成电路设计领域中，LDO(低压差线性稳压器)芯片处于十分核心的地位。LDO用于实现电路的稳压功能，例如给PCB板上的其他芯片提供一个稳定的电源电压。
然而在IOT(物联网)等前沿科技的发展需求下，人们对电子系统的功耗提出了极为苛刻的需求，这也对LDO的设计造成了很大的挑战。
传统的LDO电路，采用电阻分压的负反馈控制，从而实现想要的电压输出。在静态功耗指标宽松的前提下，电路的缓冲驱动级可以做到足够强的驱动能力，从而实现快速的负载切换时的瞬态响应。然而，在极低静态功耗需求下，需要将缓冲级的偏置电流从uA级别降到nA级别。在如此低的功耗情况下，缓冲器无法快速驱动功率管，使得负载切换时的瞬态响应变差。为了提高瞬态响应速度，可以追踪负载电流，用于动态控制缓冲级的电流，但是这种技术又引入了另外一个严重的问题，就是负载从轻往重大范围切换时的振荡问题。
LDO的负载在快速切换时，负载电流也随之改变，改变时间非常短。追踪电路会将负载电流等比例缩小复制出来，这样缓冲级电流会在极短的时间内发生改变，这对于系统稳定来说极为不利。在各种PVT(环境、电源电压、温度)组合下，芯片有很大概率在某些极端情况下出现振荡，从而降低芯片的制造良率。
综上所述，在极低功耗需求下，传统的LDO在负载快速切换时难以解决电路的振荡问题。
发明内容
为了克服现有LDO技术在极低功耗情况下负载快速切换引发的振荡问题，本发明提供了应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路。
本发明在极低功耗设计的LDO基础上，加入防振荡电路设计。追踪的负载电流信号在改变缓冲电路偏置电流时，会经过一个可变的RC延时电路。这种架构主要优点如下，传统LDO电路为了实现极低功耗，需要减小各支路电流，这会导致LDO瞬态响应变差，追踪负载电流来改变缓冲电路的偏置电流可改善瞬态响应，然而它面临着容易振荡的风险。本发明的技术加入了一个RC延时电路，其时间常数动态可调，可解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。该设计方法包括：误差放大器电路，缓冲电路，反馈及功率电路，负载电流追踪电路，防振荡电路。对本设计的具体描述如下：
应用于极低功耗的LDO在负载快速切换时的防振荡电路，所述电路包括误差放大器电路，缓冲电路，反馈及功率电路，负载电流追踪电路，防振荡电路；
所述的误差放大器电路为放大器EA，放大器EA输入负极接基准电压源信号，输入正极接环路反馈信号，输出端接缓冲电路，放大器EA用于放大基准电压源信号与环路反馈信号的差值；
所述的缓冲电路包括缓冲器BF及电流源I3，电流源I3用于给缓冲器BF提供偏置电流，缓冲器BF的输入接放大器EA的输出，缓冲器BF的输出接功率管，用于驱动功率管；
所述的反馈及功率电路，包括PMOS功率管P1以及电阻R1及电阻R2，PMOS功率管P1源极接电源电压VDD，PMOS功率管P1漏极接电阻R1的正极，PMOS功率管P1用于给负载电阻R4提供电流，输出所需要的输出电压VOUT；电阻R1负极和电阻R2正极相接，电阻R2负极接地GND，电阻R1和电阻R2产生反馈电压；
所述的负载电流追踪电路包括电流源I2以及NMOS管N1和NMOS管N2，电流源I2是负载电流的追踪电流，NMOS管N1的栅极接NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的漏极接电流源I2电流源的负极，NMOS管N1源极接地GND，NMOS管N2源极接地GND，NMOS管N2漏极接电流源I3的正极，NMOS管N2栅极接R3的正极，NMOS管N1和NMOS管N2构成一对镜像电流源，用于动态控制缓冲器BF的偏置电流；
所述的防振荡电路包括电阻R3、电容C1以及Native NMOS管NA1，电容C1正极接电阻R3正极，电容C1负极接地，电阻R3负极接Native NMOS管NA1的源极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管NA1的漏极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管N1的栅极，电阻R3、电容C1、Native NMOS管NA1用于解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。
进一步的，所述的反馈及功率电路的电阻R1和电阻R2的值动态可调，用于实现不同电压的输出。
进一步的，所述的负载电流追踪电路的负载电流I1＝I2*k，k是可调的常数。
进一步的，所述的电阻R1、电阻R2、电阻R3为片上集成的栅极电阻。
进一步的，所述的电容C1为片上集成的金属电容，PMOS功率管P1为片上集成的功率PMOS管。
进一步的，所述的Native NMOS管NA1的阈值电压为0V。。
与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：
传统LDO电路为了降低功耗，需要减小各支路电流，这会导致LDO瞬态响应变差，追踪负载电流来改变缓冲电路的偏置电流可改善瞬态响应，然而它面临着容易振荡的风险。本发明的技术额外加入了一个RC延时电路，其时间常数动态可调，可解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。
附图说明
图1是传统的电阻反馈式LDO结构示意图；
图2是加入了负载电流追踪电路的LDO结构示意图；
图3是本发明实施例的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路示意图；
图4是负载快速切换时的防振荡原理分析示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，但是所做示例不作为对本发明的限制。
如图1所示的传统的电阻反馈式LDO结构，包括误差放大器电路，缓冲电路，驱动电路和电阻反馈电路。这种结构不适合于极低功耗的应用。
如图2所示的是加入了负载电流追踪电路的LDO结构，它额外加入了电流追踪电路。在负载很轻时，偏置电流可以做到极低，从而实现系统的极低功耗需求。在负载很重时，偏置电流动态增加，从而实现很快的负载切换瞬态响应。但是，这种结构面临着负载快速切换时难以解决的振荡问题。
如图3所示的是本发明实施例的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路示意图。它在图2基础上增加了防振荡电流，用于解决负载快速切换时的振荡问题。
应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，所述电路包括误差放大器电路，缓冲电路，反馈及功率电路，负载电流追踪电路，防振荡电路；
所述的误差放大器电路为放大器EA，放大器EA输入负极接基准电压源信号，输入正极接环路反馈信号，输出端接缓冲电路，放大器EA用于放大基准电压源信号与环路反馈信号的差值；
所述的缓冲电路包括缓冲器BF及电流源I3，电流源I3用于给缓冲器BF提供偏置电流，缓冲器BF的输入接放大器EA的输出，缓冲器BF的输出接功率管，用于驱动功率管；
所述的反馈及功率电路，包括PMOS功率管P1以及电阻R1及电阻R2，PMOS功率管P1源极接电源电压VDD，PMOS功率管P1漏极接电阻R1的正极，PMOS功率管P1用于给负载电阻R4提供电流，输出所需要的输出电压VOUT；电阻R1负极和电阻R2正极相接，电阻R2负极接地GND，电阻R1和电阻R2产生反馈电压；
所述的负载电流追踪电路包括电流源I2以及NMOS管N1和NMOS管N2，电流源I2是负载电流的追踪电流，NMOS管N1的栅极接NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的漏极接电流源I2电流源的负极，NMOS管N1源极接地GND，NMOS管N2源极接地GND，NMOS管N2漏极接电流源I3的正极，NMOS管N2栅极接R3的正极，NMOS管N1和NMOS管N2构成一对镜像电流源，用于动态控制缓冲器BF的偏置电流；
所述的防振荡电路包括电阻R3、电容C1以及Native NMOS管NA1，电容C1正极接电阻R3正极，电容C1负极接地，电阻R3负极接Native NMOS管NA1的源极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管NA1的漏极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管N1的栅极，电阻R3、电容C1、Native NMOS管NA1用于解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。
进一步的，所述的反馈及功率电路的R1和电阻R2的值动态可调，用于实现不同电压的输出。
进一步的，所述的负载电流追踪电路的负载电流I1＝I2*k，k是可调的常数。
进一步的，所述的电阻R1、电阻R2、电阻R3为片上集成的栅极电阻。
进一步的，所述的电容C1为片上集成的金属电容，PMOS功率管P1为片上集成的功率PMOS管。
进一步的，所述的Native NMOS管NA1的阈值电压为0V。。
本发明中设计的防振荡电路能解决负载快速切换时的振荡问题的原理如下：如图4所示的是负载快速切换时的防振荡原理分析示意图。假设负载从极轻快速切换到极重，负载电流I1会实时响应增加，负载电流追踪电路产生的追踪电流I2也会快速增加，所以A点电压会在极短的时间内降低，这给系统稳定造成了很大的风险。A点电压在经过防振荡电路之后，C点电压会变得极为平缓，从而消除了这种隐患。A点和C点之间可以等效为一个RC延时电路，其时间常数动态跟随电压差。负载切换越大，电路越容易振荡。然而对于本发明的电路，延时电路等效的时间常数就越大，防振荡的能力就越强。

Claims (6)

1.应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述电路包括误差放大器电路，缓冲电路，反馈及功率电路，负载电流追踪电路，防振荡电路；
所述的误差放大器电路为放大器EA，放大器EA输入负极接基准电压源信号，输入正极接环路反馈信号，输出端接缓冲电路，放大器EA用于放大基准电压源信号与环路反馈信号的差值；
所述的缓冲电路包括缓冲器BF及电流源I3，电流源I3用于给缓冲器BF提供偏置电流，缓冲器BF的输入接放大器EA的输出，缓冲器BF的输出接功率管，用于驱动功率管；
所述的反馈及功率电路，包括PMOS功率管P1以及电阻R1及电阻R2，PMOS功率管P1源极接电源电压VDD，PMOS功率管P1漏极接电阻R1的正极，PMOS功率管P1用于给负载电阻R4提供电流，输出所需要的输出电压VOUT；电阻R1负极和电阻R2正极相接，电阻R2负极接地GND，电阻R1和电阻R2产生反馈电压；
所述的负载电流追踪电路包括电流源I2以及NMOS管N1和NMOS管N2，电流源I2是负载电流的追踪电流，NMOS管N1的栅极接NMOS管N1的漏极，NMOS管N1的漏极接电流源I2电流源的负极，NMOS管N1源极接地GND，NMOS管N2源极接地GND，NMOS管N2漏极接电流源I3的正极，NMOS管N2栅极接R3的正极，NMOS管N1和NMOS管N2构成一对镜像电流源，用于动态控制缓冲器BF的偏置电流；
所述的防振荡电路包括电阻R3、电容C1以及Native NMOS管NA1，电容C1正极接电阻R3正极，电容C1负极接地，电阻R3负极接Native NMOS管NA1的源极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管NA1的漏极，Native NMOS管NA1的栅极接Native NMOS管N1的栅极，电阻R3、电容C1、Native NMOS管NA1用于解决LDO缓冲电路电流切换所带来的振荡问题。
2.如权利要求1所述的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述的反馈及功率电路的电阻R1和电阻R2的值动态可调，用于实现不同电压的输出。
3.如权利要求1所述的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述的负载电流追踪电路的负载电流I1＝I2*k，k是可调的常数。
4.如权利要求1所述的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述的电阻R1、电阻R2、电阻R3为片上集成的栅极电阻。
5.如权利要求1所述的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述的电容C1为片上集成的金属电容，PMOS功率管P1为片上集成的功率PMOS管。
6.如权利要求1所述的应用于极低功耗LDO在负载快速切换时的防振荡电路，其特征在于：所述的Native NMOS管NA1的阈值电压为0V。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0957421A2 (en) * 1998-05-13 1999-11-17 Texas Instruments Incorporated Current-efficient low-drop-out voltage regulator with improved load regulation and frequency response
CN1411137A (zh) * 2001-09-27 2003-04-16 义隆电子股份有限公司 低噪声张驰式振荡器
CN101105696A (zh) * 2007-08-08 2008-01-16 中国航天时代电子公司第七七一研究所 一种用于线性稳压器的电压缓冲电路
WO2009098545A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-13 Freescale Semiconductor, Inc. Low drop-out dc voltage regulator
CN102915061A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 深圳市汇春科技有限公司 极低静态电流的低压降稳压器
CN105075122A (zh) * 2013-03-14 2015-11-18 高通股份有限公司 环形振荡器电路和方法
CN108885474A (zh) * 2016-03-25 2018-11-23 松下知识产权经营株式会社 调节器电路
CN109088537A (zh) * 2018-10-09 2018-12-25 武汉耐普登科技有限公司 电荷泵

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0957421A2 (en) * 1998-05-13 1999-11-17 Texas Instruments Incorporated Current-efficient low-drop-out voltage regulator with improved load regulation and frequency response
CN1411137A (zh) * 2001-09-27 2003-04-16 义隆电子股份有限公司 低噪声张驰式振荡器
CN101105696A (zh) * 2007-08-08 2008-01-16 中国航天时代电子公司第七七一研究所 一种用于线性稳压器的电压缓冲电路
WO2009098545A1 (en) * 2008-02-04 2009-08-13 Freescale Semiconductor, Inc. Low drop-out dc voltage regulator
CN102915061A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 深圳市汇春科技有限公司 极低静态电流的低压降稳压器
CN105075122A (zh) * 2013-03-14 2015-11-18 高通股份有限公司 环形振荡器电路和方法
CN108885474A (zh) * 2016-03-25 2018-11-23 松下知识产权经营株式会社 调节器电路
CN109088537A (zh) * 2018-10-09 2018-12-25 武汉耐普登科技有限公司 电荷泵

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MO HUANG,ETC: "Limit Cycle Oscillation Reduction for", 《 IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS II: EXPRESS BRIEFS 》 *
张文林等: "一种低压快速瞬态响应的片上ＬＤＯ", 《微电子学》 *

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