CN112527041B - 一种低压差线性稳压器电路 - Google Patents

一种低压差线性稳压器电路 Download PDF

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Abstract

一种低压差线性稳压器电路，包括：放大器、晶体管、反馈单元、可变电阻模块、控制模块，以及引脚，其中，所述放大器的反向输入端与参考电压相连接，所述放大器的输出端与所述晶体管的栅极连接，所述晶体管的源极连接电源电压，所述晶体管的漏极经由所述反馈单元与所述放大器正向输入端连接；所述可变电阻模块的电压输入端与所述晶体管的漏极相连接，其电压输出端与所述引脚相连接；所述控制模块的输出控制端连接所述可变电阻模块的控制输入端。本发明还提供一种低压差线性稳压器，能够降低低压差线性稳压器输出到外挂电容间总电阻的变化范围，使输出节点对应的零点位置更为可控，进而降低设计难度，提高低压差线性稳压器性能。

Description

一种低压差线性稳压器电路
技术领域
本发明涉及线性稳压器技术领域，特别是涉及一种低压差线性稳压器电路。
背景技术
低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)是集成电路(IntegratedCircuit，IC)中常用的模块，当输入电源电压、负载变化时，其能够输出稳定的电压值。在低压差线性稳压器中，通常为了稳定输出电压，会在外部放置一个大容值(～1uF)外挂电容CL。如图1所示，为一种典型的低压差线性稳压器结构，在放大器负反馈作用下，Y点输出电压会被设定为稳定电位。低压差线性稳压器为了得到稳定的输出电压，需要确保其环路稳定性，在图1所示出的结构中，对环路稳定性影响较大的零极点分布如下：Y点对应主极点P1，X点对应次极点P2，Ric/Rout/CL构成一个左半平面零点Z1，Z1＝-1/[(Ric+Rout)*CL]，其中，Ric为补偿电阻，Rout为金属引线形成的走线电阻，CL为外挂电容。
通常低压差线性稳压器为了适应不同应用场景而采取不同的封装类型，如适应：FPC(Flexible Printed Circuit；柔性电路板)或PCB(Printed Circuit Board；印刷电路板)。不同封装类型的低压差线性稳压器，其引脚(PAD)到外挂电容之间的走线电阻会出现一定范围变化(如0.1～1Ω)。另外，外挂电容本身存在ESR(Equivalent SeriesResistance；等效串联电阻)电阻，也会随选型不同而出现差异。
在设计中，理想的补偿为调整零点z1和次极点p2重合，而用零点补偿极点，使环路稳定性大大提高。但是，当Ric+Rout较小时，零点z1远大于次极点p2，会出现相位裕度不够的情况。然而，当Ric+Rout较大时，会出现较大毛刺。毛刺幅值与(Ric+Rout)*iLoad成正比，其中，iLoad为瞬间抽电流。当低压差线性稳压器应用于不同场景时时，Rout会随之发生变化，因此则无法保证同时兼顾环路稳定性和电源毛刺。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低压差线性稳压器电路，利用控制可调电阻模块，降低低压差线性稳压器电路输出到外挂电容间总电阻的变化范围，使输出节点对应的零点位置更为可控，保证低压差线性稳压器电路输出的稳定性其防止电源毛刺的产生。
为实现上述目的，本发明提供的低压差线性稳压器电路，包括：放大器、晶体管、反馈单元、可变电阻模块、控制模块，以及引脚，其中，
所述放大器的反向输入端与参考电压相连接，所述放大器的输出端与所述晶体管的栅极连接，所述晶体管的源极连接电源电压，所述晶体管的漏极经由所述反馈单元与所述放大器正向输入端连接；
所述可变电阻模块的电压输入端与所述晶体管的漏极相连接，其电压输出端与所述引脚相连接；
所述控制模块的输出控制端连接所述可变电阻模块的控制输入端。
进一步地，所述反馈单元，包括第一电阻、第一可变电阻，其中，
所述晶体管的漏极与所述第一电阻的一端相连接，所述第一电阻的另一端、所述第一可变电阻的一端、所述放大器的正向输入端相连接，所述第一可变电阻的另一端接地。
进一步地，所述可变电阻模块为可变电阻，所述控制模块为电压控制模块，其中，
所述可变电阻的一端与所述晶体管的漏极相连接，其另一端与所述引脚相连接；
所述电压控制模块的输出控制端连接所述可变电阻的输入控制端。
进一步地，所述可变电阻模块为MOS管，所述控制模块为数模转换器，其中，
所述MOS管的源极与所述晶体管的漏极相连接，其漏极与所述引脚相连接；
所述数模转换器的输出端与所述MOS管的栅极相连接。
进一步地，在所述MOS管的源极和漏极之间，还并联连接有第三电阻。
进一步地，所述第三电阻为poly电阻或金属电阻。
进一步地，所述可变电阻模块由多个MOS管并联组成，所述控制模块为寄存器，其中，
多个所述MOS管的源极与所述晶体管的漏极相连接，多个所述MOS管的漏极与所述引脚相连接；
所述寄存器的控制输出端与多个所述MOS管的栅极分别连接。
更进一步地，在多个所述MOS管的源极与漏极之间，还并联连接有固态电阻。
为实现上述目的，本发明还提供一种稳压芯片，包括，低压差线性稳压器电路以及控制单元，其中，
所述低压差线性稳压器电路为上述的低压差线性稳压器电路；
所述控制单元，控制所述低压差线性稳压器电路的工作。
进一步地，所述稳压芯片，其管脚中的一个作为所述的低压差线性稳压器电路的引脚，并通过金属走线与外挂电容相连接。
为实现上述目的，本发明还提供一种信息处理装置，包括，稳压芯片以及中央处理器，其中，
所述稳压芯片，其采用上述的稳压芯片；所述中央处理器与所述稳压芯片之间进行信息交互。
本发明的低压差线性稳压器电路，通过在低压差线性稳压器内部输出节点和引脚之间增加片内可变电阻及其控制模块，当片外电阻变化时，调节片内电阻，起到补偿片外电阻的作用。由此，能够降低低压差线性稳压器输出到外挂电容间总电阻的变化范围，使输出节点对应的零点位置更为可控，进而降低设计难度，提高低压差线性稳压器性能。
本发明的低压差线性稳压器电路，通过在低压差线性稳压器内部输出节点和引脚之间增加可变电阻及其控制模块，可以起到补偿片外走线电阻的作用。当应用场景不同时，走线电阻随之变化，可以根据走线电阻的值调整可变电阻的值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术的低压差线性稳压器电路结构示意图；
图2为根据本发明实施例1的低压差线性稳压器电路结构示意图；
图3为根据本发明的实施例2低压差线性稳压器电路结构示意图；
图4为根据本发明的实施例3低压差线性稳压器电路结构示意图；
图5为根据本发明的实施例4低压差线性稳压器电路结构示意图；
图6为根据本发明的实施例5低压差线性稳压器电路结构示意图；
图7为根据本发明的实施例6低压差线性稳压器电路结构示意图；
图8为根据本发明的稳压芯片结构示意图；
图9为根据本发明的信息处理装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图2为根据本发明实施例1的低压差线性稳压器电路结构示意图，如图2所示，本发明的低压差线性稳压器电路，包括，放大器101、晶体管102、第一电阻103、第一可变电阻104、可变电阻模块106、控制模块107、引脚105，其中，
放大器101的反向输入端与参考电压VREF连接，放大器101的输出端与晶体管102的栅极(即，X点)连接；
晶体管102的源极与电源电压相连接，晶体管102的漏极(即，Y点)与第一电阻103的一端相连接；第一电阻103的另一端、第一可变电阻R2的一端以及放大器101的正向输入端相连接；第一可变电阻104的另一端接地；
可变电阻模块106，包括电压输入端、电压输出端和控制输入端；可变电阻模块106的电压输入端与晶体管102的漏极相连接；可变电阻模块106的电压输出端与引脚105相连接；可变电阻模块106的控制输入端与控制模块107相连接，接收控制模块107的控制信号。
第一电阻103、第一可变电阻104组成放大器101的反馈单元。
引脚105通过金属引线与外挂电容CL相连接；走线电阻Rout为金属走线形成的电阻。
本发明实施例中，可变电阻模块101接受控制模块102的控制信号控制，调节晶体管102的漏极与引脚105之间的阻值，可缩小晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
本发明本实施例中，假设可变电阻模块206与走线电阻Rout的电阻之和为1Ω，当走线电阻Rout在01Ω～0.9Ω之间变化时，通过调节可变电阻模块206的阻值，可使可变电阻模块206与走线电阻Rout的电阻之和的变化范围缩小到0.8Ω～1.2Ω，甚至缩小到0.9Ω～1.1Ω。
实施例2
图3为根据本发明实施例2的低压差线性稳压器电路结构示意图，如图3所示，本实施例的低压差线性稳压器电路，与实施例1的低压差线性稳压器电路基本相同，不同之处在于，由可变电阻206代替了实施例1中的可变电阻模块106，由电压控制模块207代替了实施例1中的控制模块107。
可变电阻206的一端与晶体管102的漏极相连接；可变电阻206的另一端与引脚105相连接。
引脚105通过金属引线与外挂电容CL相连接；走线电阻Rout为金属走线形成的电阻。
本发明实施例中，可变电阻206接受电压控制模块207的电压控制，调节晶体管102的漏极与引脚105之间的阻值，可缩小晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
实施例3
图4为根据本发明实施例3的低压差线性稳压器电路结构示意图，如图4所示，本实施例的低压差线性稳压器电路，与实施例2的低压差线性稳压器电路基本相同，不同之处在于，由MOS管306(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物晶体管)代替了实施例2中的可变电阻206，并由数模转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)307代替了电压控制模块207。
本发明实施例中，MOS管306的源极与晶体管102的漏极相连接；MOS管306的漏极与引脚105相连接；MOS管306的栅极与数模转换器307的输出端相连接。
引脚105通过金属引线与外挂电容CL相连接；走线电阻Rout为金属走线形成的电阻。
本发明实施例中，通过数模转换器控制MOS管306工作状态，调节晶体管102的漏极与引脚105之间的阻值，可缩小晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
本发明实施例中，MOS管M为NMOS、PMOS和CMOS中的一种。
实施例4
图5为根据本发明的实施例4低压差线性稳压器电路结构示意图，如图5所示，本实施例的低压差线性稳压器电路结构，与实施例3的低压差线性稳压器电路基本相同，不同之处在于，在MOS管306的源极和栅极之间连接有第三电阻408。
由于MOS管306本身电阻随PVT(Pressure-Volume-Temperature；压力-体积-温度)变化较大，不容易控制，通过固定连接第三电阻，以控制与其并联的MOS管306导通电阻，调节晶体管102的漏极与引脚105之间的阻值，进一步缩小了晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
本发明实施例中，第三电阻408可以是poly电阻，也可以是金属电阻。
实施方式5
图6为根据本发明的实施例5低压差线性稳压器电路结构示意图，如图6所示，本实施例的低压差线性稳压器电路，与实施例3的低压差线性稳压器电路基本相同，不同之处在于，由多个MOS管506并联代替了实施例3中的MOS管306，由寄存器507代替了实施例3中的数模转换器307。
本发明实施例中，多个MOS管506的源极与晶体管102的漏极相连接；多个MOS管506的漏极与引脚105相连接；多个MOS管506的栅极与寄存器507的输出端相连接。
本发明实施例中，通过寄存器507控制多个MOS管506的每一个MOS管的导通电阻，调节晶体管102的漏极与引脚105之间的阻值，可缩小晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
实施例6
图7为根据本发明的实施例6低压差线性稳压器电路结构示意图，如图7所示，本实施例的低压差线性稳压器电路，与实施例6的低压差线性稳压器电路基本相同，不同之处在于，在多个MOS管606的源极和漏极之间增加了一个固定电阻。
本发明实施例中，通过寄存器507控制多个MOS管606的各MOS管的导通电阻，调节晶体管102的漏极与引脚PAD之间的阻值，进一步缩小了晶体管102的漏极与外挂电容CL之间的电阻值变化范围，提升了低压差线性稳压器的稳定性。
实施例7
本发明的实施例还提供一种稳压芯片，图8为根据本发明的稳压芯片结构示意图，如图8所示，本发明的稳压芯片80，包括，低压差线性稳压器电路81以及控制单元82，其中，
低压差线性稳压器电路81为上述实施例中的低压差线性稳压器电路。
控制单元82，用于控制低压差线性稳压器电路81的工作，提升其输出电压的稳定性。
稳压芯片80的一个管脚作为低压差线性稳压器电路81的引脚，通过金属走线与外挂电容相连接。
本发明的稳压芯片，当需要用于不同应用方案，且不同方案间会造成稳压芯片的片外电阻出现较大波动时，可以采取本发明实施例中的稳压芯片提升低压差线性稳压器的稳定性。
实施例8
本发明的实施例还提供一种信息处理装置，图9为根据本发明的信息处理装置结构示意图，如图9所示，本发明的信息处理装置90，包括，稳压芯片91以及中央处理器92，其中，
稳压芯片91，其采用上述实施例中的稳压芯片80。
中央处理器92与稳压芯片91之间进行信息交互。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种低压差线性稳压器电路，其特征在于，包括，放大器、晶体管、反馈单元、可变电阻模块、控制模块，以及引脚，其中，
所述放大器的反向输入端与参考电压相连接，所述放大器的输出端与所述晶体管的栅极连接，所述晶体管的源极连接电源电压，所述晶体管的漏极经由所述反馈单元与所述放大器正向输入端连接；
所述可变电阻模块的电压输入端与所述晶体管的漏极相连接，其电压输出端与所述引脚相连接；
所述控制模块的输出控制端连接所述可变电阻模块的控制输入端；
所述引脚通过金属走线与外挂电容相连接；所述金属走线形成有走线电阻。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述反馈单元，包括第一电阻、第一可变电阻，其中，
所述晶体管的漏极与所述第一电阻的一端相连接，所述第一电阻的另一端、所述第一可变电阻的一端、所述放大器的正向输入端相连接，所述第一可变电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述可变电阻模块为可变电阻，所述控制模块为电压控制模块，其中，
所述可变电阻的一端与所述晶体管的漏极相连接，其另一端与所述引脚相连接；
所述电压控制模块的输出控制端连接所述可变电阻的输入控制端。
4.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，所述可变电阻模块为MOS管，所述控制模块为数模转换器，其中，
所述MOS管的源极与所述晶体管的漏极相连接，其漏极与所述引脚相连接；
所述数模转换器的输出端与所述MOS管的栅极相连接。
5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，在所述MOS管的源极和漏极之间，还并联连接有第三电阻。
6.根据权利要求5所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，
所述第三电阻为poly电阻或金属电阻。
7.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，
所述可变电阻模块由多个MOS管并联组成，所述控制模块为寄存器，其中，
多个所述MOS管的源极与所述晶体管的漏极相连接，多个所述MOS管的漏极与所述引脚相连接；
所述寄存器的控制输出端与多个所述MOS管的栅极分别连接。
8.根据权利要求7所述的低压差线性稳压器电路，其特征在于，
在多个所述MOS管的源极与漏极之间，还并联连接有固态电阻。
9.一种稳压芯片，其特征在于，包括，低压差线性稳压器电路以及控制单元，其中，
所述低压差线性稳压器电路为权利要求1-8任一项所述的低压差线性稳压器电路；
所述控制单元，控制所述低压差线性稳压器电路的工作。
10.根据权利要求9所述的稳压芯片，其特征在于，所述稳压芯片的管脚中的一个作为所述的低压差线性稳压器电路的引脚，并通过金属走线与外挂电容相连接。
11.一种信息处理装置，其特征在于，包括，稳压芯片以及中央处理器，其中，
所述稳压芯片，其采用权利要求9所述的稳压芯片；
所述中央处理器与所述稳压芯片之间进行信息交互。
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