CN114185384A - 一种用于低功耗ldo的瞬态增强电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路，包括：过冲检测电路、负摆率增强控制信号产生电路、正摆率增强控制信号产生电路和摆率增强电路，其中，过冲检测电路用于检测LDO的输出电压，在LDO的输出电压发生跳变时，产生下冲检测信号和上冲检测信号；负摆率增强控制信号产生电路在LDO的输出电压下冲时，根据下冲检测信号产生负摆率增强控制信号；正摆率增强控制信号产生电路在LDO的输出电压上冲时，根据上冲检测信号产生正摆率增强控制信号；摆率增强电路根据接收的负摆率增强控制信号或者正摆率增强控制信号，控制LDO的调整管的栅极快速充放电，以实现LDO的快速瞬态响应。本发明的瞬态增强电路结构简单，面积小，在低功耗LDO应用中，具有极高的性价比。

Description

一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路。

背景技术

随着可穿戴便携式电子设备的快速发展，数模混合芯片在此类设备中的广泛应用，针对此类芯片的电源管理芯片设计变得越来越重要。对于此类设备的应用场景而言，可持续使用时间是一个非常重要的指标，因此需要尽可能降低其功耗。

同时，在数模混合芯片应用中，LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)的输出负载电流往往会随着电路工作状态发生突变。当负载电流突增时，LDO无法跟随负载电流的突变而立即响应，无法输出足够大的电流，此时，靠输出负载电容来提供部分电流，输出电压会先有一个下冲，然后逐渐恢复；当负载电流突降时，LDO无法跟随负载电流的突变而立即响应，输出过量的电流，此时，部分电流将流向输出负载电容，输出电压会先有一个上冲，然后逐渐恢复。而同样在该类应用中，又往往要求输出无片外电容，以此来减少其成本。

因此，当LDO的输出负载电流一旦发生突变时，如何实现同时兼顾低功耗、高瞬态响应速度、无片外电容等的LDO设计是需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路，包括：过冲检测电路、负摆率增强控制信号产生电路、正摆率增强控制信号产生电路和摆率增强电路，其中，

所述过冲检测电路的输入端连接LDO的输出端，第一输出端连接所述负摆率增强控制信号产生电路的输入端，第二输出端连接所述正摆率增强控制信号产生电路的输入端；

所述负摆率增强控制信号产生电路的输出端和所述正摆率增强控制信号产生电路的输出端均连接所述摆率增强电路的输入端；所述摆率增强电路的输出端连接所述LDO的调整管；

所述过冲检测电路用于检测所述LDO的输出电压，在所述LDO的输出电压发生跳变时，产生下冲检测信号和上冲检测信号；

所述负摆率增强控制信号产生电路在所述LDO的输出电压下冲时，根据所述下冲检测信号产生负摆率增强控制信号；

所述正摆率增强控制信号产生电路在所述LDO的输出电压上冲时，根据所述上冲检测信号产生正摆率增强控制信号；

所述摆率增强电路根据接收的所述负摆率增强控制信号或者所述正摆率增强控制信号，控制所述LDO的调整管的栅极快速充放电，以实现LDO的快速瞬态响应。

在本发明的一个实施例中，所述过冲检测电路包括第一电容、第二电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中，

所述第一MOS管的源极输入外接P管偏置电压，栅极分别连接其漏极以及所述第二MOS管的栅极和源极；

所述第四MOS管的源极输入外接N管偏置电压，栅极分别连接其漏极以及所述第三MOS管的栅极和源极；

所述第二MOS管的漏极作为所述过冲检测电路的第一输出端输出所述下冲检测信号；所述第三MOS管的漏极作为所述过冲检测电路的第二输出端输出所述上冲检测信号；

所述第一电容串接在所述LDO的输出端与所述第二MOS管的漏极之间；所述第二电容串接在所述LDO的输出端与所述第三MOS管的漏极之间。

在本发明的一个实施例中，当所述LDO的调整管为pMOS管，所述负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九pMOS管、第十pMOS管、第十一MOS管、第十二MOS管和第十三MOS管，其中，

所述第五MOS管的源极、所述第七MOS管的源极和所述第九pMOS管的源极均连接电源端；

所述第五MOS管的栅极连接所述过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接所述第六MOS管的漏极，所述第七MOS管的栅极、所述第八MOS管的栅极、所述第十pMOS管的栅极和所述第十二MOS管的栅极；

所述第六MOS管的栅极输入所述外接N管偏置电压；

所述第七MOS管的漏极分别连接所述第八MOS管的漏极和所述第十一MOS管的栅极；

所述第九pMOS管的栅极输入所述外接P管偏置电压，漏极连接所述第十pMOS管的源极；

所述第十pMOS管的漏极分别连接所述第十一MOS管的源极、所述第十二MOS管的漏极和所述第十三MOS管的栅极；

所述第十一MOS管的漏极分别连接所述第十二MOS管的源极、所述第十三MOS管的漏极和所述摆率增强电路的第二输入端；

所述第三电容串接在所述第十pMOS管的漏极与接地端之间；

所述第六MOS管的源极、所述第八MOS管的源极和所述第十三MOS管的源极均连接所述接地端。

在本发明的一个实施例中，所述正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管、第十八nMOS管、第十九nMOS管、第二十MOS管、第二十一MOS管和第二十二MOS管，其中，

所述第十四MOS管的源极、所述第十六MOS管的源极和所述第二十二MOS管的源极均连接所述电源端；

所述第十四MOS管的栅极输入所述外接P管偏置电压，漏极分别连接所述第十五MOS管的漏极、所述第十六MOS管的栅极、所述第十七MOS管的栅极、所述第十八nMOS管的栅极和所述第二十MOS管的栅极；

所述第十五MOS管的栅极连接所述过冲检测电路的第二输出端；

所述第十六MOS管的漏极分别连接所述第十七MOS管的漏极和所述第二十一MOS管的栅极；

所述第十九nMOS管的栅极输入所述外接N管偏置电压，漏极连接所述第十八nMOS管的源极；

所述第十八nMOS管的漏极分别连接所述第二十MOS管的源极、所述第二十一MOS管的漏极和所述第二十二MOS管的栅极；

所述第二十MOS管的漏极分别连接所述第二十一MOS管的源极、所述第二十二MOS管的漏极和所述摆率增强电路的第一输入端；

所述第四电容串接在所述第十八nMOS管的漏极与所述电源端之间；

所述第十五MOS管的源极、所述第十七MOS管的源极和所述第十九MOS管的源极均连接所述接地端。

在本发明的一个实施例中，当所述LDO的调整管为nMOS管，所述负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九nMOS管、第十nMOS管、第十一MOS管、第十二MOS管和第十三MOS管，其中，

所述第五MOS管的源极、所述第七MOS管的源极和所述第十三MOS管的源极均连接电源端；

所述第五MOS管的栅极连接所述过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接所述第六MOS管的漏极，所述第七MOS管的栅极、所述第八MOS管的栅极和所述第十二MOS管的栅极；

所述第六MOS管的栅极输入所述外接N管偏置电压；

所述第七MOS管的漏极分别连接所述第八MOS管的漏极、所述第九nMOS管的栅极和所述第十一MOS管的栅极；

所述第十nMOS管的栅极输入所述外接N管偏置电压，漏极连接所述第九nMOS管的源极；

所述第九nMOS管的漏极分别连接所述第十一MOS管的源极、所述第十二MOS管的漏极和所述第十三MOS管的栅极；

所述第十一MOS管的漏极分别连接所述第十二MOS管的源极、所述第十三MOS管的漏极和所述摆率增强电路的第一输入端；

所述第三电容串接在所述第九nMOS管的漏极与所述电源端之间；

所述第六MOS管的源极、所述第八MOS管的源极和所述第十nMOS管的源极均连接所述接地端。

在本发明的一个实施例中，所述正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容、第十四MOS管、第十五MOS管、第十六MOS管、第十七MOS管、第十八pMOS管、第十九pMOS管、第二十MOS管、第二十一MOS管和第二十二MOS管，其中，

所述第十四MOS管的源极、所述第十六MOS管的源极和所述第十八pMOS管的源极均连接所述电源端；

所述第十四MOS管的栅极输入所述外接P管偏置电压，漏极分别连接所述第十五MOS管的漏极、所述第十六MOS管的栅极、所述第十七MOS管的栅极和所述第二十MOS管的栅极；

所述第十五MOS管的栅极连接所述过冲检测电路的第二输出端；

所述第十六MOS管的漏极分别连接所述第十七MOS管的漏极、所述第十九pMOS管的栅极和所述第二十一MOS管的栅极；

所述第十八pMOS管的栅极输入所述外接P管偏置电压，漏极连接所述第十九pMOS管的源极；

所述第十九pMOS管的漏极分别连接所述第二十MOS管的源极、所述第二十一MOS管的漏极和所述第二十二MOS管的栅极；

所述第二十MOS管的漏极分别连接所述第二十一MOS管的源极、所述第二十二MOS管的漏极和所述摆率增强电路的第二输入端；

所述第四电容串接在所述第十九pMOS管的漏极与所述接地端之间；

所述第十五MOS管的源极、所述第十七MOS管的源极和所述第二十二MOS管的源极均连接所述接地端。

在本发明的一个实施例中，所述摆率增强电路包括第二十三MOS管和第二十四MOS管，其中，

所述第二十三MOS管的源极连接所述电源端，栅极作为所述摆率增强电路的第一输入端，漏极连接分别连接所述第二十四MOS管的漏极和所述LDO的调整管的栅极；

所述第二十四MOS管的源极连接所述接地端，栅极作为所述摆率增强电路的第二输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，在电路稳定时不工作，具有极低的静态功耗，只有在输出负载发生跳变时，才会提供一个瞬时充放电电流，且电路结构简单，所占面积小，在低功耗LDO应用中，具有极高的性价比。

2.本发明的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，利用电容与二极管接法MOS管相连的充放电特性，产生的摆率增强控制信号，能在负载发生突变的瞬间，产生一个极大的充放电电流，为调整管栅极充放电，提升LDO的瞬态响应速度，与此同时，该电流与输出电压跳变幅度正相关，输出电压跳变越大，该充放电电流越大，可广泛应用于低功耗、高瞬态响应速度的无片外电容LDO设计中。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的LDO调整管为pMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的LDO调整管为nMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的LDO调整管为pMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的仿真波形图；

图5是本发明实施例提供的LDO调整管为nMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的仿真波形图；

具体实施方式

为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路进行详细说明。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。

实施例一

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路的结构框图，如图所示，本实施例的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，包括：过冲检测电路、负摆率增强控制信号产生电路、正摆率增强控制信号产生电路和摆率增强电路。其中，过冲检测电路的输入端连接LDO的输出端，第一输出端连接负摆率增强控制信号产生电路的输入端，第二输出端连接正摆率增强控制信号产生电路的输入端；负摆率增强控制信号产生电路的输出端和正摆率增强控制信号产生电路的输出端均连接摆率增强电路的输入端；摆率增强电路的输出端连接LDO的调整管。

在本实施例中，过冲检测电路用于检测LDO的输出电压，在LDO的输出电压发生跳变时，产生下冲检测信号VSEN_P和上冲检测信号VSEN_N；负摆率增强控制信号产生电路在LDO的输出电压下冲时，根据下冲检测信号VSEN_P产生负摆率增强控制信号Under_Signal；正摆率增强控制信号产生电路在LDO的输出电压上冲时，根据上冲检测信号VSEN_N产生正摆率增强控制信号Over_Signal；摆率增强电路根据接收的负摆率增强控制信号Under_Signal或者正摆率增强控制信号Over_Signal，控制LDO的调整管的栅极快速充放电，以实现LDO的快速瞬态响应。

本实施例的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，在电路稳定时不工作，具有极低的静态功耗，只有在输出负载发生跳变时，才会提供一个瞬时充放电电流，且电路结构简单，所占面积小，在低功耗LDO应用中，具有极高的性价比。而且，利用电容与二极管接法MOS管相连的充放电特性，产生的摆率增强控制信号，能在负载发生突变的瞬间，产生一个极大的充放电电流，为调整管栅极充放电，提升LDO的瞬态响应速度，与此同时，该电流与输出电压跳变幅度正相关，输出电压跳变越大，该充放电电流越大，可广泛应用于低功耗、高瞬态响应速度的无片外电容LDO设计中。

实施例二

对LDO的调整管为pMOS时，本实施例的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的具体电路结构进行说明。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的LDO调整管为pMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的电路图。如图所示，在本实施例中，过冲检测电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4。

在本实施例中，第一MOS管M1和第二MOS管M2均为pMOS管，第三MOS管M3和第四MOS管M4均为nMOS管。

其中，第一MOS管M1的源极输入外接P管偏置电压V_BIAS_P，栅极分别连接其漏极以及第二MOS管M2的栅极和源极；第四MOS管M4的源极输入外接N管偏置电压V_BIAS_N，栅极分别连接其漏极以及第三MOS管M3的栅极和源极；第二MOS管M2的漏极作为过冲检测电路的第一输出端输出下冲检测信号VSEN_P；第三MOS管M3的漏极作为过冲检测电路的第二输出端输出上冲检测信号VSEN_N；第一电容C1串接在LDO的输出端与第二MOS管M2的漏极之间；第二电容C2串接在LDO的输出端与第三MOS管M3的漏极之间。

进一步地，负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容C3、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九pMOS管Mp9、第十pMOS管Mp10、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12和第十三MOS管M13。

在本实施例中，第五MOS管M5、第七MOS管M7和第十一MOS管M11均为pMOS管，第六MOS管M6、第八MOS管M8、第十二MOS管M12和第十三MOS管M13均为nMOS管。

其中，第五MOS管M5的源极、第七MOS管M7的源极和第九pMOS管Mp9的源极均连接电源端VDD；第五MOS管M5的栅极连接过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接第六MOS管M6的漏极，第七MOS管M7的栅极、第八MOS管M8的栅极、第十pMOS管Mp10的栅极和第十二MOS管M12的栅极；第六MOS管M6的栅极输入外接N管偏置电压V_BIAS_N；第七MOS管M7的漏极分别连接第八MOS管M8的漏极和第十一MOS管M11的栅极。

第九pMOS管Mp9的栅极输入外接P管偏置电压V_BIAS_P，漏极连接第十pMOS管Mp10的源极；第十pMOS管Mp10的漏极分别连接第十一MOS管M11的源极、第十二MOS管M12的漏极和第十三MOS管M13的栅极；第十一MOS管M11的漏极分别连接第十二MOS管M12的源极、第十三MOS管M13的漏极和摆率增强电路的第二输入端。

第三电容C3串接在第十pMOS管Mp10的漏极与接地端GND之间；第六MOS管M6的源极、第八MOS管M8的源极和第十三MOS管M13的源极均连接接地端GND。

在本实施例中，在LDO的输出电压下冲时，第十一MOS管M11的漏极作为负摆率增强控制信号产生电路的输出端，输出负摆率增强控制信号Under_Signal。

进一步地，正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容C4、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八nMOS管Mn18、第十九nMOS管Mn19、第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21和第二十二MOS管M22。

在本实施例中，第十四MOS管M14、第十六MOS管M16、第二十MOS管M20和第二十二MOS管M22均为pMOS管，第十五MOS管M15、第十七MOS管M17和第二十一MOS管M21均为nMOS管。

其中，第十四MOS管M14的源极、第十六MOS管M16的源极和第二十二MOS管M22的源极均连接电源端VDD；第十四MOS管M14的栅极输入外接P管偏置电压V_BIAS_P，漏极分别连接第十五MOS管M15的漏极、第十六MOS管M16的栅极、第十七MOS管M17的栅极、第十八nMOS管Mn18的栅极和第二十MOS管M20的栅极；第十五MOS管M15的栅极连接过冲检测电路的第二输出端；第十六MOS管M16的漏极分别连接第十七MOS管M17的漏极和第二十一MOS管M21的栅极；第十九nMOS管Mn19的栅极输入外接N管偏置电压V_BIAS_N，漏极连接第十八nMOS管Mn18的源极。

第十八nMOS管Mn18的漏极分别连接第二十MOS管M20的源极、第二十一MOS管M21的漏极和第二十二MOS管M22的栅极；第二十MOS管M20的漏极分别连接第二十一MOS管M21的源极、第二十二MOS管M22的漏极和摆率增强电路的第一输入端；第四电容C4串接在第十八nMOS管Mn18的漏极与电源端VDD之间；第十五MOS管M15的源极、第十七MOS管M17的源极和第十九MOS管M19的源极均连接接地端GND。

在本实施例中，在LDO的输出电压上冲时，第二十MOS管M20的漏极作为正摆率增强控制信号产生电路的输出端，输出正摆率增强控制信号Over_Signal。

进一步地，摆率增强电路包括第二十三MOS管M23和第二十四MOS管M24。在本实施例中，第二十三MOS管M23为pMOS管，第二十四MOS管M24为nMOS管。

其中，第二十三MOS管M23的源极连接电源端VDD，栅极作为摆率增强电路的第一输入端，漏极连接分别连接第二十四MOS管M24的漏极和LDO的调整管的栅极；第二十四MOS管M24的源极连接接地端GND，栅极作为摆率增强电路的第二输入端。

进一步地，对本实施例的LDO调整管为pMOS时的瞬态增强电路原理进行说明。

在过冲检测电路中，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4分别构成了两个阻值极大的电阻，其一端分别接到外接P管偏置电压V_BIAS_P和外接N管偏置电压V_BIAS_N，以此来为第五MOS管M5和第十五MOS管M15提供固定的直流偏置。第一电容C1和第二电容C2作为耦合电容其一端接入LDO的输出，另一端分别接入第五MOS管M5和第十五MOS管M15的栅极。

稳态时，在负摆率增强控制信号产生电路中，由第十一MOS管M11和第十二MOS管M12构成的传输门关闭，第十pMOS管Mp10打开，第三电容C3将充满电荷，第十三MOS管M13的栅极也即第三电容C3的高端为高电平，负摆率增强控制信号产生电路输出的负摆率增强控制信号Under_Signal为低电平，第二十四MOS管M24关闭。

当LDO输出负载电流突然增大时，LDO的输出电压会出现下冲，此时，下冲信号通过第一电容C1耦合到第五MOS管M5的栅极，即第五MOS管M5栅压下降，由于第六MOS管M6的栅压由外接N管偏置电压V_BIAS_N固定。因此，由第五MOS管M5和第六MOS管M6组成的电流比较器的输出将由低电平变为高电平翻转，由第十一MOS管M11和第十二MOS管M12构成的传输门将打开，第十pMOS管Mp10将关闭。第三电容C3与第十三MOS管M13构成电容-二极管接法，第三电容C3通过二极管接法的第十三MOS管M13开始放电，利用电容与二极管接法的放电特性，产生一个与LDO下冲信号同步的控制信号，即负摆率增强控制信号Under_Signal，此时，第二十四MOS管M24的栅极打开为LDO的调整管MP的栅极放电，并且该放电电流的大小由负摆率增强控制信号Under_Signal决定，与LDO输出的下冲信号同步。

另一边，稳态时，在正摆率增强控制信号产生电路中，由第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21构成的传输门关闭，第十八nMOS管Mn18打开，第四电容C4将充满电荷，第二十二MOS管M22的栅极也即第四电容C4的低端为低电平，正摆率增强控制信号产生电路输出的正摆率增强控制信号Over_Signal为高电平，第二十三MOS管M23关闭。

当LDO输出负载电流突然减小时，LDO的输出电压会出现上冲，此时，上冲信号通过第二电容C2耦合到第十五MOS管M15的栅极，即第十五MOS管M15栅压上升，由于第十四MOS管M14的栅压由外接P管偏置电压V_BIAS_P固定。因此，由第十五MOS管M15和第十四MOS管M14组成的电流比较器的输出将由高电平变为低电平翻转，由第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21构成的传输门将打开，第十八nMOS管Mn18将关闭。第四电容C4与第二十二MOS管M22构成电容-二极管接法，第四电容C4通过二极管接法的第二十二MOS管M22开始放电。利用电容与二极管接法的放电特性，产生一个与LDO上冲信号同步的控制信号，即正摆率增强控制信号Over_Signal，此时，第二十三MOS管M23的栅极打开为LDO的调整管MP的栅极充电，并且该充电电流的大小由正摆率增强控制信号Over_Signal决定，与LDO输出的上冲信号同步。

请参见图4，图4是本发明实施例提供的LDO调整管为pMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的仿真波形图。实验条件为LDO输出负载在200uA和20mA之间切换，切换时间1ns。

从图中可以看出，在输出负载电流突增时，LDO输出电压会有一个下冲电压，瞬态增强电路产生Under_Signal信号，第二十四MOS管M24开启，并随Under_Signal信号变小而逐渐关闭，为LDO的调整管的栅极加速放电。同样，在输出负载电流突降时，LDO输出电压会有一个上冲电压，瞬态增强电路产生Over_Signal信号，第二十三MOS管M23开启，并随Over_Signal信号变大而逐渐关闭，为LDO的调整管的栅极加速充电。

本实施例的瞬态增强电路，其在输出负载电流突增或者突降时，分别产生一个逐渐衰减和逐渐增大的Under_Signal和Over_Signal信号，用于控制摆率增强电路对调整管的充放电。由于其在稳态时不工作，静态电流极低。在动态时，也仅工作一段时间，从而在增强瞬态响应速度的同时，大大降低了电路的功耗。

实施例三

对LDO的调整管为nMOS时，本实施例的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的具体电路结构进行说明。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的LDO调整管为nMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的电路图。如图所示，在本实施例中，过冲检测电路与实施例二中的过冲检测电路的结构相同，在此不再赘述。

在本实施例中，负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容C3、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九nMOS管Mn9、第十nMOS管Mn10、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12和第十三MOS管M13。

在本实施例中，第五MOS管M5、第七MOS管M7、第十一MOS管M11和第十三MOS管M13均为pMOS管，第六MOS管M6、第八MOS管M8、第十二MOS管M12均为nMOS管。

其中，第五MOS管M5的源极、第七MOS管M7的源极和第十三MOS管M13的源极均连接电源端VDD；第五MOS管M5的栅极连接过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接第六MOS管M6的漏极，第七MOS管M7的栅极、第八MOS管M8的栅极和第十二MOS管M12的栅极；第六MOS管M6的栅极输入外接N管偏置电压V_BIAS_N；第七MOS管M7的漏极分别连接第八MOS管M8的漏极、第九nMOS管Mn9的栅极和第十一MOS管M11的栅极。

第十nMOS管Mn10的栅极输入外接N管偏置电压V_BIAS_N，漏极连接第九nMOS管Mn9的源极；第九nMOS管Mn9的漏极分别连接第十一MOS管M11的源极、第十二MOS管M12的漏极和第十三MOS管M13的栅极；第十一MOS管M11的漏极分别连接第十二MOS管M12的源极、第十三MOS管M13的漏极和摆率增强电路的第一输入端。

第三电容C3串接在第九nMOS管Mn9的漏极与电源端VDD之间；第六MOS管M6的源极、第八MOS管M8的源极和第十nMOS管Mn10的源极均连接接地端GND。

在本实施例中，在LDO的输出电压下冲时，第十一MOS管M11的漏极作为负摆率增强控制信号产生电路的输出端，输出负摆率增强控制信号Under_Signal。

进一步地，正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容C4、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八pMOS管Mp18、第十九pMOS管Mp19、第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21和第二十二MOS管M22。

在本实施例中，第十四MOS管M14、第十六MOS管M16和第二十MOS管M20均为pMOS管，第十五MOS管M15、第十七MOS管M17、第二十一MOS管M21和第二十二MOS管M22均为nMOS管。

其中，第十四MOS管M14的源极、第十六MOS管M16的源极和第十八pMOS管Mp18的源极均连接电源端VDD；第十四MOS管M14的栅极输入外接P管偏置电压V_BIAS_P，漏极分别连接第十五MOS管M15的漏极、第十六MOS管M16的栅极、第十七MOS管M17的栅极和第二十MOS管M20的栅极；第十五MOS管M15的栅极连接过冲检测电路的第二输出端；第十六MOS管M16的漏极分别连接第十七MOS管M17的漏极、第十九pMOS管Mp19的栅极和第二十一MOS管M21的栅极。

第十八pMOS管Mp18的栅极输入外接P管偏置电压V_BIAS_P，漏极连接第十九pMOS管Mp19的源极；第十九pMOS管Mp19的漏极分别连接第二十MOS管M20的源极、第二十一MOS管M21的漏极和第二十二MOS管M22的栅极；第二十MOS管M20的漏极分别连接第二十一MOS管M21的源极、第二十二MOS管M22的漏极和摆率增强电路的第二输入端。

第四电容C4串接在第十九pMOS管Mp19的漏极与接地端GND之间第十五MOS管M15的源极、第十七MOS管M17的源极和第二十二MOS管M22的源极均连接接地端GND。

在本实施例中，在LDO的输出电压上冲时，第二十MOS管M20的漏极作为正摆率增强控制信号产生电路的输出端，输出正摆率增强控制信号Over_Signal。

进一步地，摆率增强电路与实施例二中的摆率增强电路的结构相同，在此不再赘述。

进一步地，对本实施例的LDO调整管为nMOS时的瞬态增强电路原理进行说明。

过冲检测电路中，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4分别构成了两个阻值极大的电阻，其一端分别接外接P管偏置电压V_BIAS_P和外接N管偏置电压V_BIAS_N，以此来为第五MOS管M5和第十五MOS管M15提供固定的直流偏置。第一电容C1和第二电容C2作为耦合电容其一端接入LDO的输出，另一端分别接入第五MOS管M5和第十五MOS管M15的栅极。

稳态时，在负摆率增强控制信号产生电路中，由第十一MOS管M11和第十二MOS管M12构成的传输门关闭，第九nMOS管Mn9打开，第三电容C3将充满电荷，第十三MOS管M13的栅极也即，第三电容C3的低端为低电平，负摆率增强控制信号产生电路输出的负摆率增强控制信号Under_Signal为高电平，第二十三MOS管M23关闭。

当LDO输出负载电流突然增大时，LDO的输出电压会出现下冲，此时，下冲信号通过第一电容C1耦合到第五MOS管M5的栅极，即第五MOS管M5栅压下降，由于第六MOS管M6的栅压由外接N管偏置电压V_BIAS_N固定。因此，由第五MOS管M5和第六MOS管M6组成的电流比较器的输出将由低电平变为高电平翻转，由第十一MOS管M11和第十二MOS管M12构成的传输门将打开，第九nMOS管Mn9将关闭。第三电容C3与第十三MOS管M13构成电容-二极管接法，第三电容C3通过二极管接法的第十三MOS管M13开始放电，利用电容与二极管接法的放电特性，产生一个与LDO下冲信号同步的控制信号，即负摆率增强控制信号Under_Signal，此时，第二十三MOS管M23的栅极打开为LDO的调整管MN的栅极充电，并且该放电电流的大小由负摆率增强控制信号Under_Signal决定，与LDO输出的下冲信号同步。

另一边，稳态时，在正摆率增强控制信号产生电路中，由第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21构成的传输门关闭，第十九pMOS管Mp19打开，第四电容C4将充满电荷，第二十二MOS管M22的栅极也即第四电容C4的高端为高电平，正摆率增强控制信号产生电路输出的正摆率增强控制信号Over_Signal为低电平，第二十四MOS管M24关闭。

当LDO输出负载电流突然减小时，LDO的输出电压会出现上冲，此时，上冲信号通过第二电容C2耦合到第十五MOS管M15的栅极，即第十五MOS管M15栅压上升，由于第十四MOS管M14的栅压由外接P管偏置电压V_BIAS_P固定。因此，由第十五MOS管M15和第十四MOS管M14组成的电流比较器的输出将由高电平变为低电平翻转，由第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21构成的传输门将打开，第十九pMOS管Mp19将关闭。第四电容C4与第二十二MOS管M22构成电容-二极管接法，第四电容C4通过二极管接法的第二十二MOS管M22开始放电。利用电容与二极管接法的放电特性，产生一个与LDO下冲信号同步的控制信号，即正摆率增强控制信号Over_Signal，此时，第二十四MOS管M24的栅极打开为LDO的调整管MN的栅极放电，并且该放电电流的大小由正摆率增强控制信号Over_Signal决定，与LDO输出的上冲信号同步。

请参见图5，图5是本发明实施例提供的LDO调整管为nMOS时的用于低功耗LDO的瞬态增强电路的仿真波形图。实验条件为LDO输出负载在200uA和20mA之间切换，切换时间1ns。

从图中可以看出，在输出负载电流突增时，LDO输出电压会有一个下冲电压，瞬态增强电路产生Under_Signal信号，第二十三MOS管M23开启，并随Under_Signal信号变小而逐渐关闭，为LDO的调整管的栅极加速充电。同样，在输出负载电流突降时，LDO输出电压会有一个上冲电压，瞬态增强电路产生Over_Signal信号，第二十四MOS管M24开启，并随Over_Signal信号变大而逐渐关闭，为LDO的调整管的栅极加速放电。

本实施例的瞬态增强电路，其在输出负载电流突增或者突降时，分别产生一个逐渐增大和逐渐衰减的Under_Signal和Over_Signal信号，用于控制摆率增强电路对调整管的充放电。由于其在稳态时不工作，静态电流极低。在动态时，也仅工作一段时间，从而在增强瞬态响应速度的同时，大大降低了电路的功耗。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和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。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物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，包括：过冲检测电路、负摆率增强控制信号产生电路、正摆率增强控制信号产生电路和摆率增强电路，其中，

所述过冲检测电路的输入端连接LDO的输出端，第一输出端连接所述负摆率增强控制信号产生电路的输入端，第二输出端连接所述正摆率增强控制信号产生电路的输入端；

所述负摆率增强控制信号产生电路的输出端和所述正摆率增强控制信号产生电路的输出端均连接所述摆率增强电路的输入端；所述摆率增强电路的输出端连接所述LDO的调整管；

所述过冲检测电路用于检测所述LDO的输出电压，在所述LDO的输出电压发生跳变时，产生下冲检测信号(VSEN_P)和上冲检测信号(VSEN_N)；

所述负摆率增强控制信号产生电路在所述LDO的输出电压下冲时，根据所述下冲检测信号(VSEN_P)产生负摆率增强控制信号(Under_Signal)；

所述正摆率增强控制信号产生电路在所述LDO的输出电压上冲时，根据所述上冲检测信号(VSEN_N)产生正摆率增强控制信号(Over_Signal)；

所述摆率增强电路根据接收的所述负摆率增强控制信号(Under_Signal)或者所述正摆率增强控制信号(Over_Signal)，控制所述LDO的调整管的栅极快速充放电，以实现LDO的快速瞬态响应。

2.根据权利要求1所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，所述过冲检测电路包括第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)和第四MOS管(M4)，其中，

所述第一MOS管(M1)的源极输入外接P管偏置电压(V_BIAS_P)，栅极分别连接其漏极以及所述第二MOS管(M2)的栅极和源极；

所述第四MOS管(M4)的源极输入外接N管偏置电压(V_BIAS_N)，栅极分别连接其漏极以及所述第三MOS管(M3)的栅极和源极；

所述第二MOS管(M2)的漏极作为所述过冲检测电路的第一输出端输出所述下冲检测信号(VSEN_P)；所述第三MOS管(M3)的漏极作为所述过冲检测电路的第二输出端输出所述上冲检测信号(VSEN_N)；

所述第一电容(C1)串接在所述LDO的输出端与所述第二MOS管(M2)的漏极之间；所述第二电容(C2)串接在所述LDO的输出端与所述第三MOS管(M3)的漏极之间。

3.根据权利要求2所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，当所述LDO的调整管为pMOS管，所述负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容(C3)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)、第七MOS管(M7)、第八MOS管(M8)、第九pMOS管(Mp9)、第十pMOS管(Mp10)、第十一MOS管(M11)、第十二MOS管(M12)和第十三MOS管(M13)，其中，

所述第五MOS管(M5)的源极、所述第七MOS管(M7)的源极和所述第九pMOS管(Mp9)的源极均连接电源端(VDD)；

所述第五MOS管(M5)的栅极连接所述过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接所述第六MOS管(M6)的漏极，所述第七MOS管(M7)的栅极、所述第八MOS管(M8)的栅极、所述第十pMOS管(Mp10)的栅极和所述第十二MOS管(M12)的栅极；

所述第六MOS管(M6)的栅极输入所述外接N管偏置电压(V_BIAS_N)；

所述第七MOS管(M7)的漏极分别连接所述第八MOS管(M8)的漏极和所述第十一MOS管(M11)的栅极；

所述第九pMOS管(Mp9)的栅极输入所述外接P管偏置电压(V_BIAS_P)，漏极连接所述第十pMOS管(Mp10)的源极；

所述第十pMOS管(Mp10)的漏极分别连接所述第十一MOS管(M11)的源极、所述第十二MOS管(M12)的漏极和所述第十三MOS管(M13)的栅极；

所述第十一MOS管(M11)的漏极分别连接所述第十二MOS管(M12)的源极、所述第十三MOS管(M13)的漏极和所述摆率增强电路的第二输入端；

所述第三电容(C3)串接在所述第十pMOS管(Mp10)的漏极与接地端(GND)之间；

所述第六MOS管(M6)的源极、所述第八MOS管(M8)的源极和所述第十三MOS管(M13)的源极均连接所述接地端(GND)。

4.根据权利要求3所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，所述正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容(C4)、第十四MOS管(M14)、第十五MOS管(M15)、第十六MOS管(M16)、第十七MOS管(M17)、第十八nMOS管(Mn18)、第十九nMOS管(Mn19)、第二十MOS管(M20)、第二十一MOS管(M21)和第二十二MOS管(M22)，其中，

所述第十四MOS管(M14)的源极、所述第十六MOS管(M16)的源极和所述第二十二MOS管(M22)的源极均连接所述电源端(VDD)；

所述第十四MOS管(M14)的栅极输入所述外接P管偏置电压(V_BIAS_P)，漏极分别连接所述第十五MOS管(M15)的漏极、所述第十六MOS管(M16)的栅极、所述第十七MOS管(M17)的栅极、所述第十八nMOS管(Mn18)的栅极和所述第二十MOS管(M20)的栅极；

所述第十五MOS管(M15)的栅极连接所述过冲检测电路的第二输出端；

所述第十六MOS管(M16)的漏极分别连接所述第十七MOS管(M17)的漏极和所述第二十一MOS管(M21)的栅极；

所述第十九nMOS管(Mn19)的栅极输入所述外接N管偏置电压(V_BIAS_N)，漏极连接所述第十八nMOS管(Mn18)的源极；

所述第十八nMOS管(Mn18)的漏极分别连接所述第二十MOS管(M20)的源极、所述第二十一MOS管(M21)的漏极和所述第二十二MOS管(M22)的栅极；

所述第二十MOS管(M20)的漏极分别连接所述第二十一MOS管(M21)的源极、所述第二十二MOS管(M22)的漏极和所述摆率增强电路的第一输入端；

所述第四电容(C4)串接在所述第十八nMOS管(Mn18)的漏极与所述电源端(VDD)之间；

所述第十五MOS管(M15)的源极、所述第十七MOS管(M17)的源极和所述第十九MOS管(M19)的源极均连接所述接地端(GND)。

5.根据权利要求2所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，当所述LDO的调整管为nMOS管，所述负摆率增强控制信号产生电路包括：第三电容(C3)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)、第七MOS管(M7)、第八MOS管(M8)、第九nMOS管(Mn9)、第十nMOS管(Mn10)、第十一MOS管(M11)、第十二MOS管(M12)和第十三MOS管(M13)，其中，

所述第五MOS管(M5)的源极、所述第七MOS管(M7)的源极和所述第十三MOS管(M13)的源极均连接电源端(VDD)；

所述第五MOS管(M5)的栅极连接所述过冲检测电路的第一输出端，漏极分别连接所述第六MOS管(M6)的漏极，所述第七MOS管(M7)的栅极、所述第八MOS管(M8)的栅极和所述第十二MOS管(M12)的栅极；

所述第六MOS管(M6)的栅极输入所述外接N管偏置电压(V_BIAS_N)；

所述第七MOS管(M7)的漏极分别连接所述第八MOS管(M8)的漏极、所述第九nMOS管(Mn9)的栅极和所述第十一MOS管(M11)的栅极；

所述第十nMOS管(Mn10)的栅极输入所述外接N管偏置电压(V_BIAS_N)，漏极连接所述第九nMOS管(Mn9)的源极；

所述第九nMOS管(Mn9)的漏极分别连接所述第十一MOS管(M11)的源极、所述第十二MOS管(M12)的漏极和所述第十三MOS管(M13)的栅极；

所述第十一MOS管(M11)的漏极分别连接所述第十二MOS管(M12)的源极、所述第十三MOS管(M13)的漏极和所述摆率增强电路的第一输入端；

所述第三电容(C3)串接在所述第九nMOS管(Mn9)的漏极与所述电源端(VDD)之间；

所述第六MOS管(M6)的源极、所述第八MOS管(M8)的源极和所述第十nMOS管(Mn10)的源极均连接所述接地端(GND)。

6.根据权利要求5所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，所述正摆率增强控制信号产生电路包括第四电容(C4)、第十四MOS管(M14)、第十五MOS管(M15)、第十六MOS管(M16)、第十七MOS管(M17)、第十八pMOS管(Mp18)、第十九pMOS管(Mp19)、第二十MOS管(M20)、第二十一MOS管(M21)和第二十二MOS管(M22)，其中，

所述第十四MOS管(M14)的源极、所述第十六MOS管(M16)的源极和所述第十八pMOS管(Mp18)的源极均连接所述电源端(VDD)；

所述第十四MOS管(M14)的栅极输入所述外接P管偏置电压(V_BIAS_P)，漏极分别连接所述第十五MOS管(M15)的漏极、所述第十六MOS管(M16)的栅极、所述第十七MOS管(M17)的栅极和所述第二十MOS管(M20)的栅极；

所述第十五MOS管(M15)的栅极连接所述过冲检测电路的第二输出端；

所述第十六MOS管(M16)的漏极分别连接所述第十七MOS管(M17)的漏极、所述第十九pMOS管(Mp19)的栅极和所述第二十一MOS管(M21)的栅极；

所述第十八pMOS管(Mp18)的栅极输入所述外接P管偏置电压(V_BIAS_P)，漏极连接所述第十九pMOS管(Mp19)的源极；

所述第十九pMOS管(Mp19)的漏极分别连接所述第二十MOS管(M20)的源极、所述第二十一MOS管(M21)的漏极和所述第二十二MOS管(M22)的栅极；

所述第二十MOS管(M20)的漏极分别连接所述第二十一MOS管(M21)的源极、所述第二十二MOS管(M22)的漏极和所述摆率增强电路的第二输入端；

所述第四电容(C4)串接在所述第十九pMOS管(Mp19)的漏极与所述接地端(GND)之间；

所述第十五MOS管(M15)的源极、所述第十七MOS管(M17)的源极和所述第二十二MOS管(M22)的源极均连接所述接地端(GND)。

7.根据权利要求3或5所述的用于低功耗LDO的瞬态增强电路，其特征在于，所述摆率增强电路包括第二十三MOS管(M23)和第二十四MOS管(M24)，其中，

所述第二十三MOS管(M23)的源极连接所述电源端(VDD)，栅极作为所述摆率增强电路的第一输入端，漏极连接分别连接所述第二十四MOS管(M24)的漏极和所述LDO的调整管的栅极；

所述第二十四MOS管(M24)的源极连接所述接地端(GND)，栅极作为所述摆率增强电路的第二输入端。

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