CN113885633B - 一种低压差nmos型稳压器及迟滞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压差NMOS型稳压器和该稳压器的迟滞控制方法，其中，低压差NMOS型稳压器包括NMOS功率管，ADC模块，迟滞控制单元，充电电路，和放电电路；ADC模块分别与NMOS功率管的源极和迟滞控制单元连接，充电电路和放电电路都分别与迟滞控制单元和NMOS功率管的栅极连接；ADC模块用于对NMOS型稳压器的输出电压进行测量，并将电压测量结果输出至迟滞控制单元；迟滞控制单元用于根据电压测量结果，发送充电电路控制信号到充电电路，发送放电电路控制信号到放电电路；充电电路和放电电路分别用于给NMOS功率管的栅极充电和放电；所发明的低压差NMOS型稳压器，实现了电源电压与输出电压间低压差的同时，继承了传统NMOS型线性稳压器优良的负载跳变响应、电源抑制特性。

Description

一种低压差NMOS型稳压器及迟滞控制方法

技术领域

本发明涉及电源管理技术领域，具体涉及一种低压差NMOS型稳压器及迟滞控制方法。

背景技术

MCU(Microcontroller Unit)、SOC(System On Chip)的供电范围通常是从1.8V到3.3V以上；而MCU内核通常采用高速低压器件，因此芯片内部通常会集成一个稳压器给内核提供1.2V-1.5V的供电电压；

现有技术中最常用的稳压器是基于PMOS功率管输出的低压差线性稳压器，该结构的优点是支持低压差，例如1.8V的低电源电压下能够轻松输出1.5V的输出电压；但该结构的缺点是电源抑制比较差、负载跳变响应较差；在LDO输出端挂载足够大的外部电容(0.1uF以上)，通常可以显著地改善负载跳变响应和电源抑制比，但这就提高了成本、且占用了IO口；

另一种基于NMOS功率管输出的线性稳压器，则可以显著提高电源抑制比、改善负载跳变响应；但该结构的最大的缺点是：由于NMOS的栅极电压至少要高于输出电压与阈值电压之和，才会具备驱动能力，而栅极电压又受限于电源电压，导致了NMOS功率管难以实现电源电压与输出电压两者之间的低压差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于NMOS功率管的低压差稳压器，解决了现有技术中存在的PMOS功率管稳压器电源抑制比较差、负载跳变响应较差，以及自身栅极电压受限于电源电压等问题。

第一个方面，根据本发明的实施例，设计了一种低压差NMOS型稳压器，主要包括NMOS功率管，ADC模块，迟滞控制单元，充电电路和放电电路；ADC模块分别与NMOS功率管的源极和迟滞控制单元连接，充电电路和放电电路都分别与迟滞控制单元和NMOS功率管的栅极连接；ADC模块用于对NMOS型稳压器的输出电压进行测量，并将电压测量结果输出至迟滞控制单元；迟滞控制单元用于根据电压测量结果，发送充电电路控制信号到所述充电电路和/或发送放电电路控制信号到所述放电电路；充电电路和放电电路分别用于给NMOS功率管的栅极充电和放电。

在一个实施例中，ADC模块包括电阻分压网络、电压比较器和NMOS型开关，ADC模块包括电阻分压网络、电压比较器和NMOS型开关，电阻分压网络的输入端与NMOS功率管的源极相连接，电阻分压网络的不同分压电阻之间有若干个输出节点，电压比较器的正向输入端连接有同一个参考电压源，电压比较器的输出端分别与迟滞控制单元和NMOS型开关的栅极相连接，NMOS型开关的源极和漏极依次连接在不同的所述输出节点之上。

在一个实施例中，电压比较器包括两个，两个电压比较器的负向输入端分别与不同的输出节点连接，电压测量结果包括第一电压测量结果、第二电压测量结果和第三电压测量结果；

第一电压测量结果表示输出电压低于阈值Vth1，第二电压测量结果表示输出电压不低于阈值Vth1但低于阈值Vth2，第三电压测量结果表示输出电压不低于阈值Vth2。

在一个实施例中，电压比较器包括三个，三个电压比较器的负向输入端分别与不同的输出节点连接，电压测量结果包括第一电压测量结果、第二电压测量结果、第三电压测量结果和第四电压测量结果；

第一电压测量结果表示输出电压低于阈值Vth1，第二电压测量结果表示输出电压不低于阈值Vth1但低于阈值Vth2，第三电压测量结果表示输出电压不低于阈值Vth2但低于阈值Vth3，第四电压测量结果表示输出电压不低于阈值Vth3。

在一个实施例中，功率管电流检测模块包括采样管和迟滞电流比较器，迟滞电流比较器包括电流比较器和迟滞反馈环路；电流比较器串联在所述迟滞反馈环路中，并与迟滞控制单元连接；采样管分别和NMOS功率管源极和迟滞反馈环路相连接。

功率管电流检测模块用于对NMOS型稳压器的输出电流进行测量，并将电流测量结果输出至迟滞控制单元；其中，电流测量结果包括第一电流测量结果、第二电流测量结果；第一电流测量结果表示输出电流低于阈值Ith1，第二电流测量结果表示输出电流不低于阈值Ith1；

迟滞控制单元具体用于根据电压测量结果和电流测量结果，用于根据电压测量结果，发送充电电路控制信号到充电电路和/或发送放电电路控制信号到放电电路；

在一个实施例中，NMOS型稳压器还包括输出阻抗控制模块，输出阻抗控制模块连接至NMOS功率管的源极；

输出阻抗控制模块用于控制NMOS型稳压器的等效输出阻抗。

在一个实施例中，NMOS型稳压器还包括低通滤波器，充电电路和放电电路通过低通滤波器与NMOS功率管的栅极相连接。

第二个方面，提出了一种低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，主要步骤包括：

步骤1：由所述ADC模块监测所述NMOS功率管的输出电压；

步骤2：监测所述输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则关闭所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则使能所述放电电路，关闭所述充电电路，执行步骤1。

第三个方面，提出了一种低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，主要步骤包括：

步骤1：由所述ADC模块监测所述NMOS功率管的输出电压；

步骤2：监测所述输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能所述充电电路快速升压，关闭所述放电通路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则使能所述充电电路慢速升压，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth3；

步骤7：若是，则关闭所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤8：若否，则使能所述放电电路，关闭所述充电电路，执行步骤1。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

利用充电电路和放电电路对NMOS功率管栅极电压进行调整，使得NMOS功率管栅极电压高于电源电压，实现了电源电压与输出电压间低压差，还同时继承了传统NMOS型线性稳压器优良的负载跳变响应、电源抑制特性；

根据对输出电压的实时监测，从而对应地控制充电电路和放电电路，可以确保输出电压可以稳定在所期望的区间内；

根据对输出电流的实时监测，从而对应地控制充电电路和放电电路，有助于避免栅极被过度放电，从而提升了输出电压从轻载到重载的恢复速度以及变化大小。

附图说明

图1为根据本发明实施例中的低压差NMOS型稳压器的示意性结构框图；

图2为根据本发明实施例的低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法的一种优选的流程图；

图4为根据本发明实施例中优选的2bit Flash型ADC的电路结构图；

图5为根据本发明实施例中优选的充电电路的电路结构图；

图6为根据本发明实施例中优选的放电电路的电路结构图；

图7为根据本发明实施例中优选的功率管电流检测模块的电路结构图；

图8为根据本发明实施例中的稳压器的瞬态响应波性图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

本发明实施例提供了一种低压差NMOS型稳压器，图1为根据本发明实施例中的低压差NMOS型稳压器的示意性结构框图，如图1所示，该低压差NMOS型稳压器主要包括：NMOS功率管，ADC模块，迟滞控制单元，充电电路，和放电电路；

ADC模块分别与NMOS功率管的源极和迟滞控制单元连接，充电电路和放电电路都分别与迟滞控制单元和NMOS功率管的栅极连接；

ADC模块用于对NMOS型稳压器的输出电压进行测量，并将电压测量结果输出至迟滞控制单元；

迟滞控制单元用于根据电压测量结果，发送充电电路控制信号到充电电路和/或发送放电电路控制信号到放电电路；

充电电路和放电电路分别用于给NMOS功率管的栅极充电和放电；

所述NMOS功率管的漏极与工作电源端VBAT相连。

当电路启动时，ADC模块用于实时监测低压差NMOS型稳压器的输出电压，对输出电压进行测量，并将电压测量结果转换为数字信号输入至迟滞控制单元；迟滞控制单元根据ADC模块输入的数字信号，判断输出电压所在的范围，并根据输出电压所在的范围，发送充电电路控制信号到充电电路，发送放电电路控制信号到放电电路。

充电电路、放电电路的输出电压对NMOS功率管的栅极进行充、放电，从而实现对稳压器的输出电压控制；具体的，若使能充电电路，则充电电路将输出高于NMOS功率管栅极的电压，NMOS功率管栅极电压上升；若关闭充电电路，则充电电路将停止工作，充电电路保持高阻态，NMOS功率管栅极电压停止上升；若使能放电电路，则放电电路将输出低于NMOS功率管栅极的电压，NMOS功率管栅极电压下降；若关放电电路，则放电电路将保持高阻态，NMOS功率管栅极电压停止下降；当充电电路、放电电路同时输出高阻态时，NMOS功率管的栅极也即处于高阻态，NMOS功率管的栅极电压维持不变；

在上述实施方式中，ADC模块实时监测低压差NMOS功率管的输出电压，输出电压测量结果到迟滞控制单元，迟滞控制单元根据输出电压所在的范围区间，控制充电电路、放电电路的开启和关闭，利用充电电路和放电电路对栅极电压进行调整，使得栅极电压高于电源电压，从而实现了电源电压与输出电压间低压差，还同时继承了传统NMOS型线性稳压器优良的负载跳变响应、电源抑制特性；

在一个实施例中，ADC模块包括电阻分压网络、两个电压比较器和两个NMOS型开关；电阻分压网络由分压电阻串联而成，用于保护ADC模块的电路，并为两个电压比较器提供依次降低的输入电压；电压比较器的正向输入端接有参考电压，负向输入端与电阻分压网络的输出节点相连接；NMOS型开关的源极和漏极与电阻分压网络的输出节点相连接，NMOS型开关的栅极与电压比较器的输出端相连接，用于给电压比较器的阈值提供迟滞特性。

在一个实施例中，电阻分压网络为两个电压比较器提供了依次降低的负向输入电压，其中第一电压比较器的负向输入电压为V1，第二电压比较器的负向输入电压为V2，V1大于V2，并且两个电压比较器的正向输入端接有同一个参考电压Vf。当Vf不小于V1时，输出第一电压比较结果11；11分别表示第二电压比较器和第一电压比较器的输出，当Vf不小于V2但小于V1时，输出第二电压比较结果10；当Vf小于V2时，输出第三电压比较结果00，通过对参考电压Vf的大小和分压电阻的数量进行设定，可以使得ADC模块的测量结果和NMOS功率管输出电压的阈值范围相对应，即：当输出电压低于阈值Vth1时，表示NMOS功率管输出电压低于稳压区间，ADC模块输出第一电压测量结果11，当输出电压不低于阈值Vth1但低于阈值Vth2时，表示NMOS功率管输出电压在稳压区间之内，ADC模块输出第二电压测量结果10，当输出电压不低于阈值Vth2时，表示NMOS功率管输出电压高于稳压区间，ADC模块输出第三电压测量结果00。

在上述实施方式中，该ADC模块既能将NMOS功率管输出电压转换为数字信号，又能够比较判断得出输出电压所在的范围，所述迟滞控制单元只需要根据ADC模块的输出即可相应地控制所述充电电路和所述放电电路，实现了系统资源的合理化配置。

在一个实施例中，NMOS型稳压器还包括功率管电流检测模块，功率管电流检测模块分别与NMOS功率管的源极和迟滞控制单元连接；功率管电流检测模块用于对NMOS型稳压器的输出电流进行测量，并将电流测量结果输出至迟滞控制单元；其中，电流测量结果包括第一电流测量结果、第二电流测量结果；

当输出电流低于阈值Ith1时，输出为第一电流测量结果1，即电流欠流，当输出电流不低于Ith1时，输出为第二电流测量结果0，由迟滞控制单元根据电流测量结果，判断输出电流所在的范围，并根据输出电流所在的范围控制放电电路和充电电路的开启和关闭，当电流欠流时，控制关闭放电电路。

在上述实施方式中，电流欠流时，功率管电流检测模块通知迟滞控制单元关闭放电电路，可以避免MOS管的栅极电压被过度放电，从而避免当负载由轻载到重载跳变时，栅极电压需要过长的响应时间才能从过低的电压恢复到稳态电压状态。

在一个实施例中，迟滞控制单元包括逻辑处理单元和信号发生单元，逻辑处理单元用于对NMOS功率管稳压器输出电压所在区间，输出电流所在区间进行判断，信号发生单元用于输出控制信号，该控制信号包括时钟振荡信号和使能信号；

当ADC模块输出为第一电压测量结果11时，迟滞控制单元发送第一充电电路控制信号到充电电路，发送第一放电电路控制信号到放电电路，使能充电电路，关闭放电电路，对NMOS功率管的栅极充电，使栅极电压上升；

当ADC模块输出为第二电压测量结果10时，迟滞控制单元发送第二充电电路控制信号到充电电路，发送第二放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，关闭放电电路，停止对NMOS功率管的栅极充电，维持栅极的电压；

当ADC模块输出为第三电压测量结果00，且功率管电流检测模块输出为第一电流测量结果1时，迟滞控制单元发送第三充电电路控制信号到充电电路，发送第三放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，关闭放电电路，维持NMOS功率管的栅极电压；

当ADC模块输出为第三电压测量结果00，且功率管电流检测模块输出为第二电流测量结果0时，迟滞控制单元发送第四充电电路控制信号到充电电路，发送第四放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，使能放电电路，使NMOS功率管的栅极放电。

在上述实施例中，迟滞控制单元根据所述ADC模块和所述功率管电流检测模块的输出，相应地控制所述充电电路和所述放电电路，使得NMOS功率管的输出电压、输出电流始终维持在一个稳定的工作区间之内。

在一个实施例中，低压差NMOS型稳压器还包括输出阻抗控制模块，所述输出阻抗控制模块用于控制NMOS功率管的跨导，也即控制NMOS功率管的等效输出阻抗，使得流过NMOS功率管的电流越大，其等效输出阻抗越小，负载跳变带来的瞬态输出电压纹波也越小。

在上述实施例中，所发明的输出阻抗控制模块，可以通过动态设置输出偏置电流，减小数字电路负载在重载工作时导致的输出电压纹波，有利于降低片上退耦电容成本。

在一个实施例中，低压差NMOS型稳压器还包括低通滤波器，充电电路和放电电路通过低通滤波器与NMOS功率管的栅极相连接。

第二个方面，根据本发明实施例中的低压差NMOS型稳压器，提出了一种低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，如图2所示，主要步骤包括：

步骤1：由ADC模块监测输出电压，由功率管电流检测模块检测监测输出电流；

步骤2：监测输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能充电电路，关闭栅极放电通路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则关闭充电电路，关闭放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则监测输出电流是否低于阈值Ith1；

步骤7：若是，则关闭放电电路，执行步骤1；

步骤8：若否，则使能放电电路，关闭充电电路，执行步骤1。

第三个方面，本发明还提供了一种优选的低压差NMOS型稳压器。

在一个实施例中，如图4所示，本发明中ADC模块采用一个2-bit的flash型ADC，由电阻分压网络、三个NMOS型开关、三个电压比较器组成；所述电阻分压网络由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7依次串联而成，所述第七电阻的第二端接地；三个电压比较器包括第一电压比较器COMP1，第二电压比较器COMP2，第三电压比较器COMP3，所述三个电压比较器的正向输入端连接同一个参考电压，所述第一电压比较器COMP1的负向输入端连接在所述第一电阻和第二电阻之间，所述第二电压比较器COMP2的负向输入端连接在所述第二电阻和所述第三电阻之间，所述第三电压比较器COMP3的负向输入端链接在所述第三电阻和第四电阻之间，所述开关为NMOS型开关，所述第一开关M0的源极接地，漏极连接在第七电阻R7和第六电阻R6之间，栅极与所述第三电压比较器的输出相连接，所述第二开关M1的源极接地，漏极连接在第六电阻R6和第五电阻R5之间，栅极与所述第二电压比较器的输出相连接，所述第三开关M2的源极接地，漏极连接在第五电阻R5和第四电阻R4之间，栅极与所述第一电压比较器的输出相连接，电阻分压网络起到保护电路的作用，并为第一电压比较器COMP1、第二电压比较器COMP2、第三电压比较器COMP3提供依次降低的反向输入电压，所述三个开关用于给三个电压比较器的阈值提供迟滞特性。

在一个实施例中，电阻分压网络为三个电压比较器提供了依次降低的负向输入电压，其中第一电压比较器的负向输入电压为V1，第二电压比较器的负向输入电压为V2，第三电压比较器的负向输入电压为V3，V1大于V2大于V3，并且三个电压比较器的正向输入端接有同一个参考电压Vf。当Vf不小于V1时，输出第一电压比较结果111；当Vf不小于V2但小于V1时，输出第二电压比较结果110；当Vf不小于V3但小于V2时，输出第三电压比较结果100；当Vf小于V3时，输出第四电压比较结果000，通过对参考电压Vf的大小和分压电阻的数量进行设定，可以使得ADC模块的测量结果和NMOS功率管输出电压的阈值范围相对应，即：当输出电压低于阈值Vth1时，表示NMOS功率管输出电压远低于稳压区间，ADC模块输出第一电压测量结果111，当输出电压低于阈值Vth2时，表示NMOS功率管输出电压低于但接近于稳压区间，ADC模块输出第二电压测量结果110，当输出电压不低于阈值Vth2且低于阈值Vth3时，表示NMOS功率管输出电压在稳压区间之内，ADC模块输出第三电压测量结果100，输出电压不低于阈值Vth3时，表示NMOS功率管输出电压高于稳压区间，ADC模块输出第四电压测量结果000；其中输出111、110、100、000分别对应快速升压模式、慢速升压模式、维持模式和降压模式。

在上述优选的实施例中，通过增加电压比较器的数量，提高了ADC模块的位数，使得ADC模块判断输出电压所在范围的精度大大提高，所述迟滞控制单元能够根据ADC模块的输出，控制充电电路快速充电或者是慢速充电，能够防止稳压器因为升压过快而导致输出电压在稳压区间之外上下浮动。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种优选的充电电路，所述充电电路采用电荷泵充电电路，该电荷泵充电电路基于常用的倍压电荷泵结构，具备两种可配置驱动能力，当驱动能力越大，每个电荷泵时钟周期产生的输出电压升压幅度越大，两种驱动能力分别对应为快速升压模式和慢速升压模式；如图5所示该充电电路包括场效应管MN1、MN2、MP1,电容C1、C2、C3，反相器INV1、INV2、INV3、INV4，所述场效应管MN1与所述场效应管MN2交叉耦合,所述场效应管MN1的漏极与所述场效应管MN2的漏极相连接，所述场效应管MN1的源极和所述电容C1的第一端相连接，所述场效应管MN2的源极与所述电容C3的第一端相连接，所述场效应管MN1的栅极连接与点G，G点与所述场效应管MP1的栅极相连接，所述场效应管MN2的栅极连接与点E，并与所述场效应管MP1的漏极相连接，所述电容C2的第一端连接与点F，所述比较器INV1的输出端与所述电容C1的第二端相连接，所述比较器INV2的输出端与所述电容C2的第二端相连接，所述比较器INV3的输出端与所述比较器INV4的输入端相连接，所述比较器INV4的输出端与所述电容C3的第二端相连接，所述反相器INV1、INV2、INV3的第一输入端输入迟滞控制单元输出的时钟信号CLK，所述反相器INV1的第二输入端输入迟滞控制单元输入的快速模式使能信号EN_FAST；

在上述的充电电路中，通过配置充放电电容的数量能够实现快速升压或慢速升压模式，当ADC模块输出为111，且迟滞控制单元输出快速模式使能信号EN_FAST到反相器INV1时，充电电路进入快速充电模式，当ADC模块输出为110时充电电路进入慢速充电模式，当ADC模块输出为100和000时，充电电路关闭。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种优选的放电电路，所述放电电路包括场效应管MNDCH，和电阻RDCH，所述电阻RDCH的一端与所述NMOS功率管的栅极相连接，所述电阻RDCH的另一端与所述场效应管MNDCH的漏极相连接，所述场效应管MNDCH的源极接地，所述场效应管MNDCH的栅极与所述迟滞控制单元相连接，用于接收迟滞控制单元输出的放电电路使能信号EN_DCH；

在上述的放电电路中，当所述迟滞控制单元输出放电电路使能信号EN_DCH到场效应管的栅极时，场效应管MNDCH的源极和漏极之间导通，放电电路工作，NMOS功率管栅极电压下降。

在一个实施例中，如图7所示，提出了一种优选的功率管电流检测模块的具体实施电路，功率管电流检测模块的第一输入端连接NMOS功率管的源极，功率管电流检测模块的输出端连接迟滞控制单元；所述功率管电流检测模块包括采样管和迟滞电流比较器，迟滞电流比较器包括电流比较器和迟滞反馈环路；功率管电流检测模块用于实时监测稳压器的输出电流，通过设置偏置电流ITH，以及NS1、NS2、NMOS的宽长比例，即可对输出电流进行测量，并将电流测量结果转换为数字信号输出至迟滞控制单元；当输出电流低于阈值Ith1时，输出为第一电流测量结果1，即电流欠流，当输出电流不低于Ith1时，输出为第二电流测量结果0，由迟滞控制单元根据电流测量结果，判断输出电流所在的范围，并根据输出电流所在的范围控制放电电路和充电电路的开启和关闭，当电流欠流时，控制关闭放电电路；

在上述实施方式中，电流欠流时，功率管电流检测模块通知迟滞控制单元关闭放电电路，可以避免MOS管的栅极电压被过度放电，从而避免当负载由轻载到重载跳变时，栅极电压需要过长的响应时间才能从过低的电压恢复到稳态电压状态。

在一个实施例中，迟滞控制单元包括逻辑处理单元和信号发生单元，逻辑处理单元用于对稳压器输出电压所在区间，输出电流所在区间进行判断，信号发生单元用于输出控制信号，该控制信号包括时钟振荡信号和使能信号，所述使能信号包括充电电路快速升压模式使能信号EN_FAST，和放电电路使能信号EN_DCH；

当ADC模块输出为第一电压测量结果111时，迟滞控制单元发送第一充电电路控制信号到充电电路，所述第一充电电路控制信号包括第一时钟振荡信号和充电电路快速升压模式使能信号EN_FAST，发送第一放电电路控制信号到放电电路，使能充电电路进入快速升压模式，关闭放电电路，对NMOS功率管的栅极进行快速充电，使栅极电压快速上升；

当ADC模块输出为第二电压测量结果110时，迟滞控制单元发送第二充电电路控制信号到充电电路，所述二充电电路控制信号为第二时钟振荡信号，发送第二放电电路控制信号到放电电路，使能充电电路进入慢速升压模式，关闭放电电路，对NMOS功率管的栅极进行慢速充电，使栅极电压慢速上升；

当ADC模块输出为第三电压测量结果100时，迟滞控制单元发送第三充电电路控制信号到充电电路，所述第三充电电路控制信号为第三时钟振荡信号，发送第三放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，关闭放电电路，维持NMOS功率管的栅极电压；当ADC模块输出为第四电压测量结果000，且功率管电流检测模块输出为第二电流测量结果0时，迟滞控制单元发送第四充电电路控制信号到充电电路，所述第四充电电路控制信号为第四时钟振荡信号，发送第四放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，使能放电电路，对NMOS功率管的栅极放电，降低NMOS功率管栅极电压；

当ADC模块输出为第四电压测量结果000，且功率管电流检测模块输出为第一电流测量结果1时，迟滞控制单元发送第五充电电路控制信号到充电电路，所述第五充电电路控制信号为第五时钟振荡信号，发送第五放电电路控制信号到放电电路，关闭充电电路，关闭放电电路，维持NMOS功率管的栅极电压。

在一个实施例中，低压差NMOS型稳压器还包括输出阻抗控制模块，所述输出阻抗控制模块用于控制NMOS功率管的跨导，也即控制等效输出阻抗，使得流过NMOS功率管的电流越大，其等效输出阻抗越小，负载跳变带来的瞬态输出电压纹波也越小。

在上述实施例中，所发明的输出阻抗控制模块，可以通过动态设置输出偏置电流，减小数字电路负载在重载工作时导致的输出电压纹波，有利于降低片上退耦电容成本。

在一个实施例中，低压差NMOS型稳压器还包括低通滤波器，充电电路和放电电路通过低通滤波器与NMOS功率管的栅极相连接。

相比总体方案，该优选方案提高了ADC的转换位数、选择了具有两种驱动能力的电荷泵充电电路，使得迟滞控制单元能够根据输出电压距离目标值的大小，动态地控制充电电路驱动能力为快速升压模式或是慢速升压模式；在快速升压模式下，稳压器的输出电压得以快速升压；在慢速升压模式下，稳压器的输出电压升压幅度小得以更精确地逼近期望的稳压区间；如图8所示为所发明的稳压器的瞬态响应波性，灰色的虚线是VOUT15_a，指不具备欠流监测的稳压器输出电压；黑色的实线是VOUT15_b，指具备通过欠流监测关闭放电通路的输出电压；灰色的点线是VDD50，指电源电压；实线ILOAD是负载电流；黑色的实线是EN_FAST，是快速升压模式的使能信号；灰色的虚线是EN_DCH，是放电电路的使能信号；灰色的点线是DIS_DCH,是欠流监测的输出信号，高电平为关闭放电电路；可见所发明的稳压器功能正常，具备良好的电源抑制比、负载跳变响应。

第四个方面，根据本发明实施例中的优选的低压差NMOS型稳压器，提出了一种优选的低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，如图3所示，主要步骤包括：

步骤1：由ADC模块监测输出电压，由功率管电流检测模块检测监测输出电流；

步骤2：监测输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能充电电路快速升压，关闭放电通路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则使能充电电路慢速升压，关闭放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则监测输出电压是否低于阈值Vth3；

步骤7：若是，则关闭充电电路，关闭放电电路，执行步骤1；

步骤8：若否，则监测输出电流是否低于阈值Ith1；

步骤9：若是，则关闭放电电路，执行步骤1；

步骤10：若否，则使能放电电路，关闭充电电路，执行步骤1。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种低压差NMOS型稳压器，其特征在于，主要包括NMOS功率管，ADC模块，迟滞控制单元，充电电路和放电电路；

所述ADC模块分别与所述NMOS功率管的源极和所述迟滞控制单元连接，所述充电电路和所述放电电路都分别与所述迟滞控制单元和所述NMOS功率管的栅极连接；

所述ADC模块用于对所述NMOS型稳压器的输出电压进行测量，并将电压测量结果输出至所述迟滞控制单元；

所述迟滞控制单元用于根据所述电压测量结果，发送充电电路控制信号到所述充电电路和/或发送放电电路控制信号到所述放电电路；

所述充电电路和所述放电电路分别用于给所述NMOS功率管的栅极充电和放电；

所述NMOS功率管的漏极与工作电源端相连；

所述ADC模块包括电阻分压网络、电压比较器和NMOS型开关，所述电阻分压网络的输入端与所述NMOS功率管的源极相连接，所述电阻分压网络的不同分压电阻之间有若干个输出节点，所述电压比较器的正向输入端连接有同一个参考电压源，所述电压比较器的输出端分别与所述迟滞控制单元和所述NMOS型开关的栅极相连接，所述NMOS型开关的源极和漏极依次连接在不同的所述输出节点之上；所述电压比较器的负向输入端分别连接在所述电阻分压网络的不同输出节点上；

所述NMOS型稳压器还包括功率管电流检测模块，所述功率管电流检测模块分别与所述NMOS功率管的源极和所述迟滞控制单元连接；

所述功率管电流检测模块用于对所述NMOS型稳压器的输出电流进行测量，并将电流测量结果输出至所述迟滞控制单元；

所述迟滞控制单元具体用于根据所述电压测量结果和所述电流测量结果，发送充电电路控制信号到所述充电电路和/或发送放电电路控制信号到所述放电电路；

所述功率管电流检测模块包括采样管和迟滞电流比较器，所述迟滞电流比较器包括电流比较器和迟滞反馈环路；所述电流比较器串联在所述迟滞反馈环路中，并与所述迟滞控制单元连接；所述采样管分别和所述NMOS功率管源极和所述迟滞反馈环路相连接。

2.如权利要求1所述的低压差NMOS型稳压器，其特征在于，所述电压比较器包括两个，两个所述电压比较器的负向输入端分别与不同的所述输出节点连接，所述电压测量结果包括第一电压测量结果、第二电压测量结果和第三电压测量结果；

所述第一电压测量结果表示所述输出电压低于阈值Vth1，所述第二电压测量结果表示所述输出电压不低于所述阈值Vth1但低于阈值Vth2，所述第三电压测量结果表示所述输出电压不低于所述阈值Vth2。

3.如权利要求1所述的低压差NMOS型稳压器，其特征在于，所述电压比较器包括三个，三个所述电压比较器的负向输入端分别与不同的所述输出节点连接，所述电压测量结果包括第一电压测量结果、第二电压测量结果、第三电压测量结果和第四电压测量结果；

所述第一电压测量结果表示所述输出电压低于阈值Vth1，所述第二电压测量结果表示所述输出电压不低于所述阈值Vth1但低于阈值Vth2，所述第三电压测量结果表示所述输出电压不低于所述阈值Vth2但低于阈值Vth3，所述第四电压测量结果表示所述输出电压不低于所述阈值Vth3。

4.如权利要求1中所述的低压差NMOS型稳压器，其特征在于，所述NMOS型稳压器还包括输出阻抗控制模块，所述输出阻抗控制模块连接至所述NMOS功率管的源极；

所述输出阻抗控制模块用于控制所述NMOS型稳压器的等效输出阻抗。

5.如权利要求1中所述的低压差NMOS型稳压器，其特征在于，所述NMOS型稳压器还包括低通滤波器，所述充电电路和所述放电电路通过所述低通滤波器与所述NMOS功率管的栅极相连接。

6.一种基于权利要求1所述的低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：由所述ADC模块监测所述NMOS功率管的输出电压；

步骤2：监测所述输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则关闭所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则使能所述放电电路，关闭所述充电电路，执行步骤1。

7.一种基于权利要求1所述的低压差NMOS型稳压器的迟滞控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：由所述ADC模块监测所述NMOS功率管的输出电压；

步骤2：监测所述输出电压是否低于阈值Vth1；

步骤3：若是，则使能所述充电电路快速升压，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤4：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth2；

步骤5：若是，则使能所述充电电路慢速升压，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤6：若否，则监测所述输出电压是否低于阈值Vth3；

步骤7：若是，则关闭所述充电电路，关闭所述放电电路，执行步骤1；

步骤8：若否，则使能所述放电电路，关闭所述充电电路，执行步骤1。

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