CN113238603B - 一种线性稳压器、soc芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种线性稳压器、SOC芯片及电子设备，属于集成电路技术领域。该线性稳压器包括第一级放大电路、第二级放大电路、补偿电路；第一级放大电路的第一输出端与第二级放大电路的输入端连接，第一级放大电路的第一输入端还与第二级放大电路的输出端连接；补偿电路的第一端与第一级放大电路的第二输出端连接，补偿电路的第二端与第二级放大电路的输出端连接，该补偿电路用于对线性稳压器进行补偿，以增大所述第二级放大电路的输出电容。本申请实施例中，利用该补偿电路对线性稳压器进行补偿，以达到增大输出级输出电容的目的，使输出电容呈几何倍数的增大，使得线性稳压器具有更好的稳定性。

Description

一种线性稳压器、SOC芯片及电子设备

技术领域

本申请属于集成电路技术领域，具体涉及一种线性稳压器、SOC芯片及电子设备。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，越来越多的电路集成在一个芯片上组成SOC(System On Chip，片上系统)。为了延长待机时间以及降低外围电路的复杂度，目前SOC普遍采用DC(Direct Current，直流)/DC转换器结合LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)的供电架构，例如可以将DC/DC和LDO都集成在SOC里。随着SOC集成度的提高，系统对电源质量的需求会越来越高，这也为片内供电系统带来了困扰，其中，如何补偿片内的线性稳压器是重点。

现有的补偿方式通常以片外补偿方式为主，而现有的片外补偿方式，通过在片外加上额外的大电容来进行补偿，主极点在供电环路外部，此补偿方式需要额外的外挂大电容以及放大器，这样使得电路成本较高，且对电路的应用会产生很大的局限性。

发明内容

鉴于此，本申请的目的在于提供一种线性稳压器、SOC芯片及电子设备，以改善现有片外补偿方式存在的成本高以及电路适用范围较为局限的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种线性稳压器，包括：第一级放大电路、第二级放大电路以及补偿电路；所述第一级放大电路的第一输出端与所述第二级放大电路的输入端连接，所述第一级放大电路的第一输入端还与所述第二级放大电路的输出端连接；所述补偿电路的第一端与所述第一级放大电路的第二输出端连接，所述补偿电路的第二端与所述第二级放大电路的输出端连接，该补偿电路用于对线性稳压器进行补偿，以增大所述第二级放大电路的输出电容。本申请实施例中，将补偿电路的第一端与第一级放大电路的第二输出端连接，将补偿电路的第二端与第二级放大电路的输出端连接，利用第一级放大电路、第二级放大电路自身的结构来构成一个放大结构，以此作为Miller(米勒)效应的放大器，在第二级放大电路的输出端等效出一个较大的电容，从而使得补偿电路的主极点在输出极，这样输出阻抗在高频的时候会变小，从而抑制输出纹波的大小，使得线性稳压器具有更好的稳定性。此外，本申请实施例中，通过利用第一级放大电路、第二级放大电路自身的结构来构成一个放大结构，使得不需要借助额外的放大器来提供miller效应，从而降低了电路的复杂度，同时节约了电路面积。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第一级放大电路为包含晶体管的放大电路，该晶体管仅包括N型晶体管。本申请实施例中，采用N型晶体管来构成放大电路，在保证其正常的放大功能的同时，使得可以适用于输入电压更高的场景。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第一级放大电路包括：第一N型晶体管、第二N型晶体管、第三N型晶体管、第一转换元件和第二转换元件；所述第一N型晶体管的源极用于与数字地连接，所述第一N型晶体管的栅极用于与第一偏置电压连接，所述第一N型晶体管的漏极分别与所述第二N型晶体管的源极和所述第三N型晶体管的源极连接，所述第二N型晶体管的栅极用于与输入电压连接，所述第二N型晶体管的漏极经所述第一转换元件、所述第二转换元件与所述第三N型晶体管的漏极连接，所述第二N型晶体管的漏极还与所述补偿电路的第一端连接，所述第三N型晶体管的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，所述第三N型晶体管的栅极与所述第二级放大电路的输出端连接；所述第一转换元件，用于将所述第二N型晶体管输出的电流转换为电压输出；所述第二转换元件，用于将所述第三N型晶体管输出的电流转换为电压输出。本申请实施例中，将第一N型晶体管的漏极分别与第二N型晶体管的源极和第三N型晶体管的源极连接，第一转换元件、第二转换元件各自连接在第二N型晶体管的漏极以及第三N型晶体管的漏极，采用这样对称的结构，可以增加线性稳压器的可靠性。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第一级放大电路为包含晶体管的放大电路，该晶体管仅包括P型晶体管。本申请实施例中，采用P型晶体管来构成放大电路，在保证其正常的放大功能的同时，使得可以适用于输入电压更低的场景。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第一级放大电路包括：第一P型晶体管、第二P型晶体管、第三P型晶体管、第一转换元件和第二转换元件；所述第一P型晶体管的源极用于与恒流源连接，所述第一P型晶体管的栅极用于与第一偏置电压连接，所述第一P型晶体管的漏极分别与所述第二P型晶体管的源极和所述第三P型晶体管的源极连接，所述第二P型晶体管的栅极用于与输入电压连接，所述第二P型晶体管的漏极经所述第一转换元件、所述第二转换元件与所述第三P型晶体管的漏极连接，所述第二P型晶体管的漏极还与所述补偿电路的第一端连接，所述第三P型晶体管的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，所述第三P型晶体管的栅极与所述第二级放大电路的输出端连接，所述第三P型晶体管的漏极还经所述第二转换元件接地；所述第一转换元件，用于将所述第二P型晶体管输出的电流转换为电压输出；所述第二转换元件，用于将所述第三P型晶体管输出的电流转换为电压输出。本申请实施例中，将第一P型晶体管的漏极分别与第二P型晶体管的源极和第三P型晶体管的源极连接，第一转换元件、第二转换元件各自连接在第二P型晶体管的漏极以及第三P型晶体管的漏极，采用这样对称的结构，可以增加线性稳压器的可靠性。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第一转换元件和所述第二转换元件为晶体管、电阻、三极管中的一种。本申请实施例中，利用晶体管、电阻、三极管等常见的元器件作为转换元件，在实现其效果的同时，可以降低成本。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述第二级放大电路包括：第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管；所述第四晶体管的栅极与所述第一级放大电路的第一输出端连接，所述第四晶体管的源极与所述第五晶体管的源极连接，所述第四晶体管的漏级与所述第六晶体管的漏极连接，所述第五晶体管的漏极与所述第七晶体管的漏极连接，所述第五晶体管的漏极还与所述第一级放大电路的第一输入端以及所述补偿电路的第二端连接，所述第五晶体管的栅极用于与第二偏置电压连接，所述第六晶体管的源极与所述第七晶体管的源极连接，所述第六晶体管的栅极与所述第七晶体管的栅极连接，所述第六晶体管的栅极还与所述第六晶体管的漏极连接。本申请实施例中，采用包含4个晶体管的对称型放大电路来对输入的电压进行预放大，在在保证其正常的放大功能的同时，使得线性稳定性更好。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，若所述第一级放大电路中的晶体管为N型晶体管时，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为P型晶体管，所述第六晶体管和所述第七晶体管均为N型晶体管，所述第六晶体管的源极还用于与数字地连接；若所述第一级放大电路中的晶体管为P型晶体管时，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为N型晶体管，所述第六晶体管和所述第七晶体管均为P型晶体管，所述第四晶体管的源极接地。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述补偿电路包括电容，所述电容的第一端与所述第一级放大电路的第二输出端连接，所述电容的第二端与所述第二级放大电路的输出端连接。本申请实施例中，将电容横跨在第一级放大电路的第二输出端以及第二级放大电路的输出端之间，利用第一级放大电路、第二级放大电路自身的结构来构成一个放大结构，以此来对线性稳压器进行补偿，使得第二级放大电路的输出电容增大，使得线性稳压器具有更好的稳定性。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述电容的容值为10pF到20pF之间的任一数值。本申请实施例中，利用一小电容，通过特殊的Miller效应，在第二级放大电路的输出端(Vout)等效出一个较大的电容，从而使得主极点在输出极，这样输出阻抗在高频的时候会变小，从而抑制输出纹波的大小。

结合第一方面实施例的一种可能的实施方式，所述补偿电路包括P型晶体管，该P型晶体管的漏极和源极连接在一起，并与第一级放大电路的第二输出端连接，该P型晶体管的栅极与第二级放大电路的输出端连接。本申请实施例中，通过P型晶体管的漏极和源极连接在一起，使得该P型晶体管可以等效成为一个电容使用，增强了方案的适用性。

第二方面，本申请实例还提供了一种SOC芯片，包括上述第一方面实施例和/或结合第一方面实施例的任一种可能的实施方式提供的线性稳压器。

结合第二方面实施例的一种可能的实施方式，所述SOC芯片为电源管理芯片。

第三方面，本申请实例还提供了一种电子设备，包括：本体和如上述第二方面实施例提供的SOC芯片。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1示出了本申请实施例提供的一种线性稳压器的模块框图。

图2示出了本申请实施例提供的一种线性稳压器的电路示意图。

图3示出了本申请实施例提供的又一种线性稳压器的电路示意图。

图4示出了本申请实施例提供的又一种线性稳压器的电路示意图。

图5示出了本申请实施例提供的又一种线性稳压器的电路示意图。

图6示出了本申请实施例提供的又一种线性稳压器的电路示意图。

图7示出了本申请实施例提供的又一种线性稳压器的电路示意图。

图8示出了图7所示的线性稳压器的等效示意图。

图9示出了图7所示的线性稳压器的又一种等效示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

鉴于线性稳压器现有的补偿方式所存在的问题，本申请实施例提供了一种线性稳压器，通过特殊的补偿方式对线性稳压器进行补偿，使得线性稳压器输出端的电容增大，从而能够很好的改善输出级的相位裕度，使得线性稳压器的输出阻抗呈现出更好的特性，使线性稳压器具有更好的稳定性。

下面将结合图1对本申请实施例提供的线性稳压器进行说明。如图1所示，该线性稳压器包括第一级放大电路、第二级放大电路以及补偿电路。

第一级放大电路的第一输出端与第二级放大电路的输入端连接，第一级放大电路的第一输入端还与第二级放大电路的输出端连接。补偿电路的第一端与第一级放大电路的第二输出端连接。补偿电路的第二端与第二级放大电路的输出端连接，该补偿电路用于对线性稳压器进行补偿，以增大第二级放大电路的输出电容，使输出电容呈几何倍数的增大，使得线性稳压器具有更好的稳定性。

本申请实施例中，将补偿电路的第一端与第一级放大电路的第二输出端连接，将补偿电路的第二端与第二级放大电路的输出端连接，利用第一级放大电路、第二级放大电路自身的结构来构成一个放大结构，以此作为Miller(米勒)效应的放大器，通过特殊的Miller效应，在第二级放大电路的输出端等效出一个较大的电容，从而使得补偿电路的主极点在输出极，这样输出阻抗在高频的时候会变小，从而抑制输出纹波的大小，使得线性稳压器具有更好的稳定性。其中，Miller效应是值：在电子学中，反相放大电路中的输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端会使输入端的电容值扩大1+K倍，其中K是该反相放大电路的电压放大倍数。

由于本申请中，第二级放大电路的输出端与第一级放大电路的第一输入端连接，因此第一级放大电路的Miller效应会使得第二级放大电路的输出端的电容变大(由于第一级放大电路的Miller效应会使得第一级放大电路的第一输入端的电容增大，而由于第二级放大电路的输出端与第一级放大电路的第一输入端连接，从而也就使得第二级放大电路的输出端的电容变大)。本申请实施例中，通过利用第一级放大电路、第二级放大电路自身的结构来构成一个放大结构，作为Miller(米勒)效应的放大器，通过特殊的Miller效应，使得不需要借助额外的放大器来提供miller效应，从而降低了电路的复杂度，同时节约了电路面积。

其中，第一级放大电路为差分放大电路，包含两个输入端(第一输入端和第二输入端)和两个输出端(第一输出端和第二输出端)。

一种实施方式下，第一级放大电路为包含晶体管的放大电路，该晶体管仅包括N型晶体管。可选地，如图2所示，第一级放大电路包括：第一N型晶体管Q1、第二N型晶体管Q2、第三N型晶体管Q3、第一转换元件T1和第二转换元件T2。

第一N型晶体管Q1的源极用于与数字地连接，第一N型晶体管Q1的栅极用于与第一偏置电压(VB1)连接，第一N型晶体管Q1的漏极分别与第二N型晶体管Q2的源极和第三N型晶体管Q3的源极连接，第二N型晶体管Q2的栅极用于与输入电压(Vref)连接。第二N型晶体管Q2的漏极经第一转换元件T1、第二转换元件T2与第三N型晶体管Q3的漏极连接，第二N型晶体管Q2的漏极还与补偿电路的第一端连接。第三N型晶体管Q3的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，第三N型晶体管Q3的栅极与第二级放大电路的输出端(Vout)连接。此时，第二N型晶体管Q2的漏极即为第一级放大电路的第二输出端，第三N型晶体管Q3的漏极即为第一级放大电路的第一输出端，第三N型晶体管Q3的栅极即为第一级放大电路的第一输入端，第二N型晶体管Q2的栅极即为第一级放大电路的第二输入端。

其中，第一转换元件T1，用于将第二N型晶体管Q2输出的电流转换为电压输出。第二转换元件T2，用于将第三N型晶体管Q3输出的电流转换为电压输出。第一转换元件T1和第二转换元件T2作为负载，用于将电流转换为电压输出，其可以为电阻。需要说明的是，图2所示的示意图中仅示出了第一转换元件T1和第二转换元件T2均为电阻的情形。此外，第一转换元件T1和第二转换元件T2还可以为P型晶体管、PNP三极管中的一种。可选地，第一转换元件T1与第二转换元件T2为同一种类型的元器件，如均为电阻R1，使得电路结构为对称性结构，从而可以增加电路的稳定性。

在Q1、Q2、Q3均为N型晶体管的实施方式下，当第一转换元件T1和第二转换元件T2为P型晶体管时，第一级放大电路的示意图，如图3所示。其中，该P型晶体管也可以用PNP三极管代替。P型晶体管的栅极、源极、漏级分别等效于PNP三极管的基极、发射极、集电极。

一种实施方式下，第一级放大电路为包含晶体管的放大电路，该晶体管仅包括P型晶体管。可选地，如图4所示，第一级放大电路包括：第一P型晶体管Q1、第二P型晶体管Q2、第三P型晶体管Q3、第一转换元件T1和第二转换元件T2。

第一P型晶体管Q1的源极用于与恒流源连接，第一P型晶体管Q1的栅极用于与第一偏置电压(VB1)连接，第一P型晶体管Q1的漏极分别与第二P型晶体管Q2的源极和第三P型晶体管Q3的源极连接。第二P型晶体管Q2的栅极用于与输入电压(vref)连接，第二P型晶体管Q2的漏极经第一转换元件T1、第二转换元件T2与第三P型晶体管Q3的漏极连接，第二P型晶体管Q2的漏极还与补偿电路的第一端连接。第三P型晶体管Q3的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，第三P型晶体管Q3的栅极与第二级放大电路的输出端(Vout)连接，第三P型晶体管Q3的漏极还经第二转换元件T2接地(数字地)。此时，第二P型晶体管Q2的漏极即为第一级放大电路的第二输出端，第三P型晶体管Q3的漏极即为第一级放大电路的第一输出端，第三P型晶体管Q3的栅极即为第一级放大电路的第一输入端，第二P型晶体管Q2的栅极即为第一级放大电路的第二输入端。

第一转换元件T1，用于将第二P型晶体管Q2输出的电流转换为电压输出。第二转换元件T2，用于将第三P型晶体管Q3输出的电流转换为电压输出。第一转换元件T1和第二转换元件T2作为负载，用于将电流转换为电压输出，其可以为电阻。需要说明的是，图4所示的示意图中仅示出了第一转换元件T1和第二转换元件T2均为电阻的情形。此外，第一转换元件T1和第二转换元件T2还可以为N型晶体管、NPN三极管中的一种。

在Q1、Q2、Q3均为P型晶体管的实施方式下，当第一转换元件T1和第二转换元件T2为NPN三极管时，第一级放大电路的示意图，如图5所示。其中，该NPN三极管型也可以用N型晶体管代替。N型晶体管的栅极、源极、漏级分别等效于NPN三极管的基极、发射极、集电极。

需要说明的是，一种实施方式下，第一级放大电路可以同时包括N型晶体管和P型晶体管。如当第一转换元件T1和第二转换元件T2为P型晶体管或N型晶体管时，此时，第一级放大电路同时包括N型晶体管和P型晶体管。

可选地，如图2至图5所示，第二级放大电路包括：第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7。第四晶体管Q4的栅极与第一级放大电路的第一输出端连接，第四晶体管Q4的源极与第五晶体管Q5的源极连接，第四晶体管Q4的漏级与第六晶体管Q6的漏极连接，第五晶体管Q5的漏极与第七晶体管Q7的漏极连接，第五晶体管Q5的漏极还与第一级放大电路的第一输入端以及补偿电路的第二端连接，第五晶体管Q5的栅极用于与第二偏置电压(VB2)连接，第六晶体管Q6的源极与第七晶体管Q7的源极连接，第六晶体管Q6的栅极与第七晶体管Q7的栅极连接，第六晶体管Q6的栅极还与第六晶体管Q6的漏极连接。

其中，第四晶体管Q4的栅极即为第二级放大电路的输入端，第五晶体管Q5的漏极即为第二级放大电路的输出端。

其中，若第一级放大电路中的晶体管为N型晶体管时，第四晶体管Q4和第五晶体管Q5均为P型晶体管，第六晶体管Q6和第七晶体管Q7均为N型晶体管，第六晶体管Q6的源极还用于与数字地连接。此时，第二级放大电路的电路图如图2、图3所示。

若第一级放大电路中的晶体管为P型晶体管时，第四晶体管Q4和第五晶体管Q5均为N型晶体管，第六晶体管Q6和第七晶体管Q7均为P型晶体管，第四晶体管Q4的源极还接地(数字地)。此时，第二级放大电路的电路图如图4、图5所示。

需要说明的是，上述的第二级放大电路也可以看成是由两个次级放大电路构成，其中，可以将第四晶体管Q4和第六晶体管Q6看成是一个次级放大电路，也即可以将第二级放大电路的左侧部分看成是一个次级放大电路；可以将第五晶体管Q5和第七晶体管Q7看成是另一个次级放大电路，也即可以将第二级放大电路的右侧部分看成是另一个次级放大电路。

其中，上述的第一偏置电压和第二偏置电压的数值大小不同，作用于P型晶体管上的偏置电压的数值要大于作用于N型晶体管上的偏置电压的数值。例如，作用于P型晶体管上的偏置电压的大小可以是vdd-vgs的电压，如在供电电压为3.3V的情况下，作用于P型晶体管上的偏置电压可以为2.2V，作用于N型晶体管上的偏置电压的大小可以是vgs的电压，如在供电电压为3.3V的情况下，作用于N型晶体管上的偏置电压可以为0.9V。需要说明的是，对于同一类型的晶体管，在不同的供电电压、不同的晶体管工艺，不同的晶体管尺寸所对应的偏置电压均可以不一样。

其中，补偿电路包括电容Cm，电容Cm的第一端与第一级放大电路的第二输出端连接，电容Cm的第二端与第二级放大电路的输出端(Vout)连接。可选地，该电容Cm的第一端与第一级放大电路中的第二P型晶体管的漏极或第二N型晶体管的漏极连接，该电容Cm的第二端与第二级放大电路的输出端(Vout)连接。

其中，补偿电路中的电容Cm为小容量电容，该电容Cm的容值为10pF到20pF之间的任一数值，例如，可以是10pF、11pF、12pF、13pF、14pF、15pF、16pF、17pF、18pF、19pF、20pF等数值。本申请实施例中，利用一个小电容，通过特殊的Miller效应，在第二级放大电路的输出端(Vout)等效出一个较大的电容，从而使得主极点在输出极，这样输出阻抗在高频的时候会变小，从而抑制输出纹波的大小。

一种实施方式下，补偿电路中的电容Cm也可以用其余的元器件替代，例如可以用P型晶体管来代替，将P型晶体管的漏极和源极连接在一起，并与第一级放大电路的第二输出端连接，将P型晶体管的栅极与第二级放大电路的输出端(Vout)连接，也即P型晶体管的栅极与第二级放大电路中第五晶体管的漏极连接。

一种可选实施方式下，如图6、图7所示，该线性稳压器还包括滤波电路，该滤波电路位于所述线性稳压器的输出端(Vout)，用于滤波输出端信号中的纹波。可选地，该滤波电路可以是RC滤波电路，由限流电阻RL和滤波电容CL组成。限流电阻RL和滤波电容CL并联，限流电阻RL的一端以及滤波电容CL的一端均与第二级放大电路的输出端(Vout)连接，限流电RL的另一端以及滤波电容CL的另一端均接地。

为了便于理解本申请线性稳压器的补偿原理，下面结合图7所示的电路图进行说明。本申请实施例中，在第一级放大电路的第二输出端以及第二级放大电路的输出端之间连接一补偿电容Cm，利用第一转换元件T1、第二转换元件T2、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7来构成一个放大结构，以此作为Miller(米勒)效应的放大器，从而使得第二级放大电路的输出端的电容变大，其增加量为gm2R1Cm，从而能够很好的改善输出端的相位裕度，使得线性稳压器具有更好的稳定性。其中，gm2为第二级放大电路的等效跨导，R1为第一转换元件或第二转换元件的等效电阻(其中，第一转换元件的等效电阻与第二转换元件的等效电阻相等，均为R1)，Cm为补偿电容的电容。

其原理推导如下，由于任何一个MOS晶体管都可以等效成一个受控电电流源并上一个电阻和电容，因此图7所示的电路图可以等效为如图8所示。其中，z₀表示第一个零点，P₀代表主极点，也就是第一个极点，P₁代表第一个次极点，P₂代表第二个次极点。gmp2为第二P型晶体管的等效跨导，gmp3为第三P型晶体管的等效跨导。图8中的RL1为第二P型晶体管的等效电阻与第一转换元件的等效电阻R1的并联电阻，由于第二P型晶体管的等效电阻远大于第一转换元件的等效电阻R1，因此，该并联电阻约等于R1。同理，RL2为第三P型晶体管的等效电阻与第二转换元件的等效电阻R1的并联电阻。

其中，gmp2＝gmp3＝gm1；RL1＝RL2＝R1；CL1＝CL2＝C1，根据图8所示的等效示意图，则有：

其中，

为电容CL的容抗；

I₃+I₁＝0；

为电容C1的容抗；

I₀＝gm1*vref＝0，则I₃+I₁+I₀＝0，也即：

为电容Cm的容抗；

根据公式(1)、(2)，则有：

令公式(3)中的分子为0，即-gm₁gm₂R₁R_L(1+SR₁(C₁+C_m))＝0，求出此时S的根，即为零点z₀，得到：

令公式(3)中的分母为0，也即：

(1+SR₁C₁)(S²R₁R_L(C₁+C_m)C_L+SR1C1+Cm+RLCL+gm2R1RLCm+1)＝0，求此时S的根即为极点，

可得：

当Cm很小时，可以认为z₀＝p₀，此时公式(3)中的分母为S²R₁R_L(C₁+C_m)C_L+S((R₁(C₁+C_m)+R_LC_L+gm₂R₁R_LC_m))+1，令该分母＝0，也即：

R₁R_L(C₁+C_m)C_L+S((R₁(C₁+C_m)+R_LC_L+gm₂R₁R_LC_m))+1＝0，可得另外两个根：

由于p2＞＞p₁；

所以

使得次极点往大的方向变化，使得主极点变小，变为：

其中，p₁中的gm₂R₁Cm即为输出端增加的电容。

其中，上述中的S是一个复数，S＝jω＝j2πf。

当然，也可以从另外一个角度进行原理解释，如图9所示。对于A区域来说，在对vout点进行抽取电荷的时候，由于差分放大作用，会引起V1的变化，变化为-ΔV，此时使得C区域对vout点会抽取更多的电荷。箭头的方向表示电荷的抽取方向。

根据，Q＝CU＝C_mV_out＝t，可得：

由于B区域的电荷抽取方向与A区域的电荷抽取方向相反，因此B区域的电压V1为：

此时C区域由于Cm抽取电流而引起的电流变化为：

其中，负号代表C区域中的电流方向与I3的方向相反。根据公式Q＝It以及公式(4)可知，从vout处抽取的电荷为gm₂R₁C_mV_out，根据公式Q＝CU可知，输出端增加的等效电容为gm₂R₁C_m，这与前面的推导所得结论一致。其中，若输出端还包括电容CL时，则此时输出端的电容C_L‘＝gm₂R₁C_m+C_L。

本申请实施例还提供了一种包括上述线性稳压器的SOC(System on Chip，系统级芯片)芯片，也称为片上系统芯片。该SOC芯片可以是电源管理芯片，或者是集成了上述线性稳压器的无线收发器芯片，例如该无线收发器芯片将LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)、PLL(Phase Locked Loop，锁相环)以及ADC/DAC(模拟数据转换器/数字模拟转换器)等模拟射频电路以及数字基带等数字电路都集成在一个芯片上。

本申请实施例所提供的SOC芯片，其实现原理及产生的技术效果和前述线性稳压器实施例相同，为简要描述，SOC芯片实施例部分未提及之处，可参考前述线性稳压器实施例中相应内容。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括本体和上述的SOC芯片。本体可以包括处理器、存储器等需要由线性稳压器供电的器件。

其中，上述的电子设备，包括但不限于计算机、平板电脑、智能手机、服务器等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种线性稳压器，其特征在于，包括：

第一级放大电路、第二级放大电路，所述第一级放大电路的第一输出端与所述第二级放大电路的输入端连接，所述第一级放大电路的第一输入端还与所述第二级放大电路的输出端连接，所述第一级放大电路的第二输入端用于与输入电压连接；

补偿电路，所述补偿电路的第一端与所述第一级放大电路的第二输出端连接，所述补偿电路的第二端与所述第二级放大电路的输出端连接，该补偿电路用于对线性稳压器进行补偿，以增大所述第二级放大电路的输出电容；

其中，所述第二级放大电路包括：第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管；

所述第四晶体管的栅极与所述第一级放大电路的第一输出端连接，所述第四晶体管的源极与所述第五晶体管的源极连接，所述第四晶体管的漏级与所述第六晶体管的漏极连接，所述第五晶体管的漏极与所述第七晶体管的漏极连接，所述第五晶体管的漏极还与所述第一级放大电路的第一输入端以及所述补偿电路的第二端连接，所述第五晶体管的栅极用于与第二偏置电压连接，所述第六晶体管的源极与所述第七晶体管的源极连接，所述第六晶体管的栅极与所述第七晶体管的栅极连接，所述第六晶体管的栅极还与所述第六晶体管的漏极连接。

2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述第一级放大电路包括：第一N型晶体管、第二N型晶体管、第三N型晶体管、第一转换元件和第二转换元件；

所述第一N型晶体管的源极用于与GND连接，所述第一N型晶体管的栅极用于与第一偏置电压连接，所述第一N型晶体管的漏极分别与所述第二N型晶体管的源极和所述第三N型晶体管的源极连接，所述第二N型晶体管的栅极用于与输入电压连接，所述第二N型晶体管的漏极经所述第一转换元件、所述第二转换元件与所述第三N型晶体管的漏极连接，所述第二N型晶体管的漏极还与所述补偿电路的第一端连接，所述第三N型晶体管的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，所述第三N型晶体管的栅极与所述第二级放大电路的输出端连接；

所述第一转换元件，用于将所述第二N型晶体管输出的电流转换为电压输出；

所述第二转换元件，用于将所述第三N型晶体管输出的电流转换为电压输出。

3.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述第一级放大电路包括：第一P型晶体管、第二P型晶体管、第三P型晶体管、第一转换元件和第二转换元件；

所述第一P型晶体管的源极用于与恒流源连接，所述第一P型晶体管的栅极用于与第一偏置电压连接，所述第一P型晶体管的漏极分别与所述第二P型晶体管的源极和所述第三P型晶体管的源极连接，所述第二P型晶体管的栅极用于与输入电压连接，所述第二P型晶体管的漏极经所述第一转换元件、所述第二转换元件与所述第三P型晶体管的漏极连接，所述第二P型晶体管的漏极还与所述补偿电路的第一端连接，所述第三P型晶体管的漏极还与第二级放大电路的输入端连接，所述第三P型晶体管的栅极与所述第二级放大电路的输出端连接，所述第三P型晶体管的漏极还经所述第二转换元件接地；

所述第一转换元件，用于将所述第二P型晶体管输出的电流转换为电压输出；

所述第二转换元件，用于将所述第三P型晶体管输出的电流转换为电压输出。

4.根据权利要求2或3所述的线性稳压器，其特征在于，所述第一转换元件和所述第二转换元件为晶体管、电阻、三极管中的一种。

5.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，若所述第一级放大电路中的晶体管为N型晶体管时，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为P型晶体管，所述第六晶体管和所述第七晶体管均为N型晶体管，所述第六晶体管的源极还用于与数字地连接；

若所述第一级放大电路中的晶体管为P型晶体管时，所述第四晶体管和所述第五晶体管均为N型晶体管，所述第六晶体管和所述第七晶体管均为P型晶体管，所述第四晶体管的源极接地。

6.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述补偿电路包括电容，所述电容的第一端与所述第一级放大电路的第二输出端连接，所述电容的第二端与所述第二级放大电路的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的线性稳压器，其特征在于，所述电容的容值为10pF到20pF之间的任一数值。

8.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述补偿电路包括P型晶体管，该P型晶体管的漏极和源极连接在一起，并与第一级放大电路的第二输出端连接，该P型晶体管的栅极与第二级放大电路的输出端连接。

9.一种SOC芯片，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的线性稳压器。

10.根据权利要求9所述的SOC芯片，其特征在于，所述SOC芯片为电源管理芯片。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：本体和如权利要求9所述的SOC芯片。

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