CN113342111B - 一种应用于低功耗ldo的快速响应电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，公开了一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，包括主环路、负载电流检测电路、输出电压检测电路和转换电路；所述主环路包括输入电压VIN、输出电压VOUT、反馈电压FB、基准模块、R1电阻、R2电阻、MP功率管和误差放大器。本发明在减小线性稳压器静态电流时，通过输出电压检测电路更快得增加尾电流，又提高了空载切换至重载时的负载阶跃特性，有效提高了现有技术的响应性能。

Description

一种应用于低功耗LDO的快速响应电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种应用于低功耗LDO的快速响应电路。
背景技术
近年来，随着各类便携电子产品的普及，人们对电子产品的依赖性也越来越强，这就对便携类电子产品的电源管理系统提出了更高的要求，而低功耗LDO也成为了发展趋势之一。
常见低功耗LDO结构如图1所示，VIN为输入电压，VOUT为LDO的输出电压；MP为功率管，R1和R2是反馈电阻，FB为反馈电压；基准模块提供参考电压VREF；EA为误差放大器，I1是误差放大器固定偏置尾电流，空载时，只有I1尾电流工作，带载时，I1和Ic尾电流同时工作，这样即可实现在保证低静态电流的同时，兼具很好的稳定性。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题没有得到解决：对于低功耗LDO，空载切换重载时，空载时极低的运放尾电流很难快速驱动功率管作出响应，因此，大信号响应性能往往较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，解决背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，包括主环路、负载电流检测电路、输出电压检测电路和转换电路；
所述主环路包括输入电压VIN、输出电压VOUT、反馈电压FB、基准模块、R1电阻、R2电阻、MP功率管和误差放大器；
所述基准模块提供参考电压VREF；
所述误差放大器的尾电流分为两路偏置电流I1和Ic，I1为第一固定偏置流，Ic为一个受负载电流检测电路和输出电压检测电路控制的尾电流。
作为本发明的一种优选实施方式，所述主环路还包括PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4和Cf前馈电容，所述Ic为NMOS管M5，所述PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5和I1电流源构成运放第一级，PMOS管M1管和PMOS管M2管为电流镜，NMOS管M3和NMOS管M4为输入差分对管，NMOS管M4栅极输入基准电压，第一级输出连接功率管MP的栅极，MP管漏极即为VOUT，并连接R1，R1另一端为FB电压，并连接R2和NMOS管M3栅极，R2另一端连接到地，Cf与R1并联，用于补偿环路稳定性。
作为本发明的一种优选实施方式，所述负载电流检测电路为PMOS管M8，PMOS管M8的栅极与功率管MP的栅极相连，并且PMOS管M8的源极与功率管MP的源极均与VIN连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述输出电压检测电路包含PMOS管M6、第二固定偏置电流I2和PMOS管M7，PMOS管M6源极接VIN，漏极接I2，PMOS管M7源极连接VIN。
作为本发明的一种优选实施方式，所述转换电路用于将输出电压检测电路和负载电流检测电路检测结果转换为误差放大器尾电流，所述转换电路包括第三偏置电流I3、第四偏置电流I4、NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12，I3连接PMOS管M7和PMOS管M8的漏极，NMOS管M9和NMOS管M10连接为栅极和漏极连接的二极管接法，且NMOS管M9和NMOS管M10串联，用于钳位PMOS管M7和PMOS管M8漏端电压不能过高，I4为固定偏置电流，连接NMOS管M11的漏极，NMOS管M11栅极连接PMOS管M7和PMOS管M8漏极，源极连接NMOS管M12的栅极和漏极，NMOS管M12采用栅极漏极短接的二极管接法，源极接地，NMOS管M11为开关管，用于接收PMOS管M7和PMOS管M8的检测结果，NMOS管M5源极接地，漏极接NMOS管M3和NMOS管M4源极，栅极连接NMOS管M12的栅极。
作为本发明的一种优选实施方式，PMOS管M8用于检测负载电流，PMOS管M7用于检测输出电压，PMOS管M7和PMOS管M8两条支路共同作用于NMOS管M11的栅极。
与现有技术相比，本发明提供了一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，具备以下有益效果：
该一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，在减小线性稳压器静态电流时，通过输出电压检测电路更快得增加尾电流，又提高了空载切换至重载时的负载阶跃特性，有效提高了现有技术的响应性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为传统低功耗LDO原理图；
图2为本发明一种应用于低功耗LDO的快速响应电路的电路原理图；
图3为本发明一种应用于低功耗LDO的快速响应电路的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图2和图3，本发明提供一种技术方案：一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，包括主环路、负载电流检测电路、输出电压检测电路和转换电路；
所述主环路包括输入电压VIN、输出电压VOUT、反馈电压FB、基准模块、R1电阻、R2电阻、MP功率管和误差放大器；
所述基准模块提供参考电压VREF；
所述误差放大器的尾电流分为两路偏置电流I1和Ic，I1为第一固定偏置流，Ic为一个受负载电流检测电路和输出电压检测电路控制的尾电流。
本实施例中，所述主环路还包括PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4和Cf前馈电容，所述Ic为NMOS管M5，所述PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5和I1电流源构成运放第一级，PMOS管M1管和PMOS管M2管为电流镜，NMOS管M3和NMOS管M4为输入差分对管，NMOS管M4栅极输入基准电压，第一级输出连接功率管MP的栅极，MP管漏极即为VOUT，并连接R1，R1另一端为FB电压，并连接R2和NMOS管M3栅极，R2另一端连接到地，Cf与R1并联，用于补偿环路稳定性。
本实施例中，所述负载电流检测电路为PMOS管M8，PMOS管M8的栅极与功率管MP的栅极相连，并且PMOS管M8的源极与功率管MP的源极均与VIN连接，由于PMOS管M8和功率管MP有相同的栅源电压，PMOS管M8管拷贝功率管MP上的电流，当负载越大时，功率管MP上电流越大，PMOS管M8上的拷贝电流也越大，当负载大于200uA时，PMOS管M8即可拉高漏极电压。
本实施例中，所述输出电压检测电路包含PMOS管M6，第二固定偏置电流I2和PMOS管M7，PMOS管M6源极接VIN，栅极接误差放大器中NMOS管M3的漏极，漏极接I2，PMOS管M6和I2检测输出电压下冲，并将结果输入到PMOS管M7的栅极电压，当负载由空载切换到重载时，由于运放的响应还需要一定时间，因而VOUT会有一个较大的下冲，VOUT下冲通过FB反馈到NMOS管M3栅极，NMOS管M3的漏极电压会被PMOS管M1管拉高，并输出到PMOS管M6的栅极，PMOS管M6关闭，I2偏置电流将PMOS管M6的漏极电压拉低输出到PMOS管M7的栅极，打开PMOS管M7，PMOS管M7源极连接VIN，当PMOS管M7的栅极电压拉低时，VGS(栅极和源极间电压)变大，PMOS管M7导通有较大的上拉电流，而PMOS管M6管在LDO空载和带载稳态情况下，需将PMOS管M6漏端电压拉高到VIN电压，否则会产生错误开关信号打开NMOS管M5尾电流增大静态功耗。
本实施例中，所述转换电路用于将输出电压检测电路和负载电流检测电路检测结果转换为误差放大器尾电流，所述转换电路包括第三偏置电流I3、第四偏置电流I4、NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12，I3连接M7和M8的漏极，当M7或M8电流增大，M7或M8的上拉电流将拉高漏端电压，M9和M10连接为栅极和漏极连接的二极管接法，且M9和M10串联，用于钳位M7和M8漏端电压不能过高；I4为固定偏置电流，连接NMOS管M11的漏极，M11栅极连接PMOS管M7和PMOS管M8漏极，源极连接NMOS管M12的栅极和漏极，NMOS管M12采用栅极漏极短接的二极管接法，源极接地，NMOS管M11为开关管，用于接收PMOS管M7和PMOS管M8的检测结果，若M7和M8漏极电压增大则开启M11，M12导通产生固定偏置电压；当电路处于空载时，PMOS管M8和PMOS管M7都关闭，I3偏置电流将PMOS管M7和PMOS管M8漏端电压拉低，关闭M11，此时M12偏置电压为0，M5尾电流关闭，当负载切换到重载时，M6很快检测到VOUT下冲，打开M7上拉漏极电压打开NMOS管M11，NMOS管M12管产生偏置电压打开NMOS管M5尾电流，从而提高驱动能力和响应速度使VOUT快速恢复到稳态并关闭PMOS管M7，此时PMOS管M8拷贝功率管MP电流导通，持续保持NMOS管M5导通状态，NMOS管M5源极接地，漏极接NMOS管M3和NMOS管M4源极，栅极连接NMOSM12的栅极，当NMOS管M12产生固定偏置电压时，NMOS管M5拷贝I4支路的偏置电流，增大运放的尾电流。
本实施例中，PMOS管M8用于检测负载电流，PMOS管M7用于检测输出电压，PMOS管M7和PMOS管M8两条支路共同作用于NMOS管M11的栅极，当重载或者VOUT发生下冲时，均可以打开NMOS管M5，增大尾电流，提高运放的响应速度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，其特征在于，包括主环路、负载电流检测电路、输出电压检测电路和转换电路；
所述主环路包括输入电压VIN、输出电压VOUT、反馈电压FB、基准模块、R1电阻、R2电阻、MP功率管和误差放大器；
所述基准模块提供参考电压VREF；
所述误差放大器的尾电流分为两路偏置电流I1和Ic，I1为第一固定偏置流，Ic为一个受负载电流检测电路和输出电压检测电路控制的尾电流；
所述主环路还包括PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4和Cf前馈电容，所述Ic为NMOS管M5，所述PMOS管M1管、PMOS管M2管、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5和I1电流源构成运放第一级，PMOS管M1管和PMOS管M2管为电流镜，NMOS管M3和NMOS管M4为输入差分对管，NMOS管M4栅极输入基准电压，第一级输出连接功率管MP的栅极，MP管漏极即为VOUT，并连接R1，R1另一端为FB电压，并连接R2和NMOS管M3栅极，R2另一端连接到地，Cf与R1并联，用于补偿环路稳定性；
所述负载电流检测电路为PMOS管M8，PMOS管M8的栅极与功率管MP的栅极相连，并且PMOS管M8的源极与功率管MP的源极均与VIN连接,PMOS管M8的漏极与I3、PMOS管M7的漏极和NMOS管M9栅极漏极连接；
所述输出电压检测电路包含PMOS管M6、第二固定偏置电流I2和PMOS管M7，PMOS管M6源极接VIN，漏极接I2和PMOS M7的栅极，栅极连接NMOS M3的漏极和PMOS M1的栅极漏极，PMOS管M7源极连接VIN，漏极连接I3、PMOS管M8的漏极和NMOS管M9栅极漏极，栅极连接PMOS管M6漏极和I2；
所述转换电路用于将输出电压检测电路和负载电流检测电路检测结果转换为误差放大器尾电流，所述转换电路包括第三偏置电流I3、第四偏置电流I4、NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12，I3连接PMOS管M7和PMOS管M8的漏极，NMOS管M9和NMOS管M10连接为栅极和漏极连接的二极管接法，且NMOS管M9和NMOS管M10串联，用于钳位PMOS管M7和PMOS管M8漏端电压不能过高，I4为固定偏置电流，连接NMOS管M11的漏极，NMOS管M11栅极连接PMOS管M7和PMOS管M8漏极，源极连接NMOS管M12的栅极和漏极，NMOS管M12采用栅极漏极短接的二极管接法，源极接地，NMOS管M11为开关管，用于接收PMOS管M7和PMOS管M8的检测结果，NMOS管M5源极接地，漏极接NMOS管M3和NMOS管M4源极，栅极连接NMOS管M12的栅极。
2.根据权利要求1所述的一种应用于低功耗LDO的快速响应电路，其特征在于：PMOS管M8用于检测负载电流，PMOS管M7用于检测输出电压，PMOS管M7和PMOS管M8两条支路共同作用于NMOS管M11的栅极。
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