CN114546014A - 宽带宽ldo修调控制电路、宽带宽ldo及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带宽LDO修调控制电路，包括：电压修调电路、误差放大电路及功率输出级电路；电压修调电路与误差放大电路电连接，误差放大电路与功率输出级电路电连接；电压修调电路接收带隙基准电压，对其放大后通过闭合开关调节电阻连接数量进行调整后输出运放放大电压至误差放大电路；误差放大电路接收运放放大电压后与基准电压再次运算并放大输出得出误差电压；功率输出级电路将误差电压调整后将参考电压输出至外界。本发明能够保持了LDO核心电路连接关系和元件参数的不变性，只改变运放输入电压，不会对电路的稳定性造成影响并采用的开关避免了流过电流，减小了开关的非理想特性对电路的影响，可将其近似看作理想开关。
Description
技术领域
本发明涉及线性稳压器领域，特别涉及宽带宽LDO修调控制电路、宽带宽LDO及控制方法。
背景技术
目前常用的LDO电路采用传统结构，即带隙基准电路产生的基准电压与LDO中误差放大电路直接相连，并在输出支路通过电阻分压得到输出电压。由于制造工艺等因素的影响，LDO的输出电压一般会偏离目标输出值，传统的LDO修调技术通过调节电阻的阻值大小来改变电阻比例，进而对LDO输出电压进行修调。传统LDO修调技术需要改变电阻比例，做法通常是先将单个大电阻拆成多个等值串联的小电阻，再用开关按需与单个或多个电阻并联以调节接入电路的电阻阻值，而电路中的开关通常以MOS晶体管作为开关管实现。
传统LDO修调技术有以下缺点：1.调节电阻阻值会改变电路中零极点的位置，增加系统稳定性的复杂度；2.并联的开关管会流经电流，因此会产生压降从而不能看作理想开关，当设计要求LDO带宽很大时，串联电阻整体会变小从而导致单个电阻阻值会很小，此时开关管的阻值已经与小电阻阻值相当，这会影响LDO电路的输出。
发明内容
本发明正是基于以上一个或多个问题，提供宽带宽LDO修调控制电路、宽带宽LDO及控制方法，用于保持LDO核心电路连接关系和元件参数的不变性，只改变运放放大电压，不会对电路的稳定性造成影响。其次，本发明中采用的开关避免了流过电流，减小了开关的非理想特性对电路的影响，可将其近似看作理想开关，并通过将修调电路单独作为一条电路支路，让其与功率输出电路分离出来，使有利于宽带宽LDO电路的修调控制。
第一方面，本发明公开了宽带宽LDO控制电路，包括：电压修调电路、误差放大电路及功率输出级电路；所述电压修调电路与所述误差放大电路电连接，所述误差放大电路与所述功率输出级电路电连接；
所述电压修调电路，用于接收带隙基准电压，对其放大后通过闭合开关调节电阻连接数量进行调整后输出修调电压至所述误差放大电路；
所述误差放大电路，用于接收修调电压后与基准电压再次运算并放大输出得出误差电压；
所述功率输出级电路，用于将误差电压调整后将参考电压输出至外界。
优选地，所述电压修调电路包括单位增益缓冲单元及修调单元；所述单位增益缓冲单元与所述带隙基准电压信号源及所述修调单元电连接；
所述单位增益缓冲单元，用于接收带隙基准电压信号源对其放大后输出至修调单元；
所述修调单元，用于闭合开关调节电阻连接数量调整放大后的带隙基准电压为修调电压输出至所述误差放大电路。
优选地，所述单位增益缓冲单元包括运算放大器；所述运算放大器的正输入极与带隙基准电压电连接，所述运算放大器的负输入极与所述运算放大器的输出极及所述修调单元电连接，所述运算放大器的输出极与所述修调单元电连接。
优选地，所述修调单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关及第三开关；所述第一电阻的第一端与所述运算放大器的输出极及所述运算放大器的负输入极电连接，所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端及第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二开关的第一端及第三电阻的第一端电连接所述第三电阻的第二端与所述第三开关的第一端及第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端及所述第三开关的第二端与所述误差放大电路电连接。
优选地，所述误差放大电路包括误差放大器；所述误差放大器的负输入极与所述修调单元输出端电连接，所述误差放大器的正输入极及所述误差放大器的输出极与所述功率输出级电路电连接。
优选地，所述功率输出级电路包括工作导通单元及反馈单元；所述工作导通单元与所述误差放大器的输出极及所述反馈单元电连接，所述反馈单元与所述误差放大器的正输入极电连接；
所述工作导通单元，用于当外部电源供电导通时使误差放大器的输出极误差电压；
所述反馈单元，用于通过分压作用为所述误差放大器的正输入极提供基准电源，并调整所述工作导通单元的输出的误差电压为参考电压至外部设备。
优选地，所述工作导通单元包括电源连接端及MOS管；所述MOS管的源极与所述电源连接端电连接，所述MOS管的栅极与所述误差放大器的输出端电连接，所述MOS管的栅极与所述反馈单元电连接。
优选地，所述反馈单元包括第四电阻、第五电阻及参考电压信号源；所述第四电阻的第一端与所述MOS管的漏极及参考电压信号源电连接，所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端及所述误差放大器的正输入端电连接，所述第五电阻的第二端接地。
第二方面，本发明还公开了一种宽带宽LDO，包括第一方面所述的宽带宽LDO修调控制电路。
第三方面，本发明还公开了一种宽带宽LDO修调控制方法，包括第一方面所述的宽带宽LDO修调控制电路，所述宽带宽LDO修调控制方法包括：
单位增益缓冲单元接收带隙基准电压放大为运放放大电压输出至修调单元；
修调单元接收运放放大电压，起始闭合开关为中值数位置开关，并对调整后输出到误差电路的修调电压是否符合目标值进行判断；
当修调电压大于目标值时，修调单元依次向下逐个闭合开关串联多于原有数量的电阻；
当修调电压等于目标值时，修调单元直接输出；
当修调电压小于目标值时，修调单元依次向上逐个闭合开关串联少于原有数量的电阻；
误差放大电路接收修调电压后再次运算并放大输出得出误差电压；
功率输出级电路将调整参考电压后的参考电压输出至外界。
本发明的宽带宽LDO修调控制电路、宽带宽LDO及控制方法具有如下有益效果：本发明在保持了LDO核心电路连接关系和元件参数的不变性的基础上，只改变运放放大电压，不会对电路的稳定性造成影响。其次，本发明中采用的开关避免了流过电流，减小了开关的非理想特性对电路的影响，可将其近似看作理想开关。最后，本发明将修调电路单独作为一条电路支路，让其与功率输出电路分离出来，这极有利于宽带宽LDO电路的修调控制，也是本发明的最佳应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：
图1是本发明较佳实施例的宽带宽LDO修调控制电路的原理框架图；
图2是本发明较佳实施例的宽带宽LDO修调控制电路的电路原理图；
图3是本发明较佳实施例的宽带宽LDO修调控制方法的流程图；
图4是本发明较佳实施例的宽带宽LDO修调控制电路的另一电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明如图1所示公开了宽带宽LDO修调控制电路，包括电压修调电路1、误差放大电路2及功率输出级电路3；电压修调电路1与误差放大电路2电连接，误差放大电路2与功率输出级电路3电连接；电压修调电路1，用于接收带隙基准电压Vbg，对其放大后通过闭合开关调节电阻连接数量进行调整后输出修调电压V2至误差放大电路2；误差放大电路2，用于接收修调电压V2后与基准电压V1再次运算并放大输出得出误差电压；功率输出级电路3，用于将误差电压调整后将参考电压Vref输出至外界。本发明能够保持了LDO核心电路连接关系和元件参数的不变性的基础上，只改变运放放大电压，不会对电路的稳定性造成影响。其次，本发明中采用的开关避免了流过电流，减小了开关的非理想特性对电路的影响，可将其近似看作理想开关。最后，本发明将修调电路单独作为一条电路支路，让其与功率输出电路分离出来，这极有利于宽带宽LDO电路的修调控制，也是本发明的最佳应用场景。
请参阅图2，电压修调电路1包括单位增益缓冲单元1.1、带隙基准电压信号源Vbg及修调单元1.2；单位增益缓冲单元1.1与修调单元1.2电连接；
单位增益缓冲单元1.1，用于接收带隙基准电压信号源Vbg对其放大后输出至修调单元1.2；
修调单元1.2，用于闭合开关调节电阻连接数量调整放大后的带隙基准电压为修调电压V2输出至误差放大电路。
具体地，电压修调电路的修调单元1.2的电流可以变成很小，则电阻阻值可以较大，这有利于减小版图中寄生参数的影响，同时采用此方法进行参考电压Vref修调可以将Vref步进电压变成很小。
修调控制电路不改变接入电路中的电阻数，而是利用开关改变与运放相连的节点的位置。由于电阻R11～R42的阻值相等，且流过所有电阻的电流相等，因而相邻电阻节点上的压差是相等的，这可使得修调电压V2可在一定范围内等幅变化。参考电压公式为Vref＝(1+R2/R1)V2，即说明Vref也可在一定范围内等幅变化。
优选地，单位增益缓冲单元1.1包括运算放大器A2；运算放大器A2的正输入极与带隙基准电压Vbg电连接，运算放大器A2的负输入极与运算放大器A2的输出极及修调单元1.2电连接，运算放大器A2的输出极与修调单元1.2电连接。
优选地，所述修调单元1.2包括第一电阻R42、第二电阻R12、第三电阻R11、第四电阻R10、第一开关φ31、第二开关φ2及第三开关φ1；所述第一电阻R42的第一端与所述运算放大器A2的输出极及所述运算放大器A2的负输入极电连接，所述第一电阻R41的第一端与所述第一开关
的第一端及第二电阻R12的第一端电连接，所述第二电阻R12的第二端与所述第二开关
的第一端及第三电阻的第一端电连接所述第三电阻R11的第二端与所述第三开关
的第一端及第四电阻R10的第一端电连接，所述第四电阻R10的第二端接地，所述第一开关
的第二端、所述第二开关
的第二端及所述第三开关
的第二端与所述误差放大电路A2电连接。
具体地，在本实施例中修调单元1.2里的有2n个等值电阻及2n-1个开关组成，电阻及开关数量在此实施例举例为N＝5，即有32个等值小电阻、31个开关。其中，开关可由CMOS传输门组成，也可由其他形式实现，上述元件均在标准CMOS工艺中容易实现。可以理解的是，具体等值电阻及开关的数量在此不作限制。
请参阅图2及图4，误差放大电路2包括误差放大器A1；误差放大器A1的负输入极与修调单元1.2输出端电连接，误差放大器A1的正输入极及误差放大器A1的输出极与功率输出级电路3电连接。
具体地，误差放大器A1的正输入极可与修调单元1.2电连接，差放大器A1的负输入极可与功率输出级电路3，可以理解的是，PMOS晶体管可以替换成NMOS晶体管，并在此基础上LDO电路可以是能实现同等功能的任意结构。
优选地，功率输出级电路3包括工作导通单元3.1及反馈单元3.2；工作导通单元3.1与误差放大器A1的输出极及反馈单元3.2电连接，反馈单元3.2与误差放大器A1的正输入极电连接；工作导通单元3.1，用于当外部电源供电导通时使误差放大器A1的输出极误差电压；反馈单元3.2，用于通过分压作用为误差放大器A1的正输入极提供基准电源，并调整工作导通单元3.2的输出的误差电压为参考电压Vref至外部设备。
具体地，功率输出级电路3能保持电阻比例和电阻阻值不变，能从误差放大器A1的输入端入手调整误差放大器A1的输入以对LDO输出参考电压Vref进行修调。
优选地，工作导通单元3.2包括电源连接端及MOS管M1；MOS管M1的源极与电源连接端电连接，MOS管M1的栅极与误差放大器A1的输出端电连接，MOS管M1的栅极与反馈单元3.2电连接。
具体地，当电源连接端接通电源时，MOS管M1导通，误差放大器输出误差放大电压让反馈单元进行调整。
优选地，反馈单元3.2包括第五电阻R2、第六电阻R1及参考电压信号源Vref；第五电阻R2的第一端与MOS管M1的漏极及参考电压信号源Vref电连接，第五电阻R2的第二端与第六电阻R1的第一端及误差放大器A1的正输入端电连接，第六电阻R1的第二端接地。
具体地，反馈单元3.2中的电阻R1和R2为固定电阻，这意味着LDO电路的环路是固定的，而修调单元1.2修调电压不会影响到电路的零极点。
实施例二
本发明还公开了一种宽带宽LDO修调控制方法，包括实施例一所述的一种宽带宽LDO修调控制电路，请参阅图3，所述一种宽带宽LDO修调控制方法包括：
单位增益缓冲单元接收带隙基准电压放大为运放放大电压输出至修调单元；
修调单元接收运放放大电压，起始闭合开关为中值数位置开关，并对调整后输出到误差电路的修调电压是否符合目标值进行判断；
当修调电压大于目标值时，修调单元依次向下逐个闭合开关串联多于原有数量的电阻；
当修调电压等于目标值时，修调单元直接输出；
当修调电压小于目标值时，修调单元依次向上逐个闭合开关串联少于原有数量的电阻；
误差放大电路接收修调电压后再次运算并放大输出得出误差电压；
功率输出级电路将调整参考电压后的参考电压输出至外界。
实施例三
本发明公开了一种宽带宽LDO，包括实施例一所述的宽带宽LDO修调控制电路。
综上所述，本发明所提供的宽带宽LDO控制电路包括电压修调电路1、误差放大电路2及功率输出级电路3；电压修调电路1与误差放大电路2电连接，误差放大电路2与功率输出级电路3电连接；电压修调电路1，用于接收带隙基准电压Vbg，对其放大后通过闭合开关调节电阻连接数量进行调整后输出修调电压V2至误差放大电路2；误差放大电路2，用于接收修调电压V2后与基准电压V1再次运算并放大输出得出误差电压；功率输出级电路3，用于将误差电压调整后将参考电压Vref输出至外界。本发明能够保持了LDO核心电路连接关系和元件参数的不变性的基础上，只改变运放放大电压，不会对电路的稳定性造成影响。其次，本发明中采用的开关避免了流过电流，减小了开关的非理想特性对电路的影响，可将其近似看作理想开关。最后，本发明将修调电路单独作为一条电路支路，让其与功率输出电路分离出来，这极有利于宽带宽LDO电路的修调控制，也是本发明的最佳应用场景。
以上对本发明所提供的宽带宽LDO控制电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，包括电压修调电路、误差放大电路及功率输出级电路；所述电压修调电路与所述误差放大电路电连接，所述误差放大电路与所述功率输出级电路电连接；
所述电压修调电路，用于接收带隙基准电压，对其放大后通过闭合开关调节电阻连接数量进行调整后输出调整后的修调电压至所述误差放大电路；
所述误差放大电路，用于接收修调电压后与基准电压再次运算并放大输出得出误差电压；
所述功率输出级电路，用于将误差电压调整后将参考电压输出至外界。
2.根据权利要求1所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述电压修调电路包括单位增益缓冲单元及修调单元；所述单位增益缓冲单元与所述修调单元电连接；
所述单位增益缓冲单元，用于接收带隙基准电压信号源对其放大后输出至修调单元；
所述修调单元，用于闭合开关调节电阻连接数量调整放大后的带隙基准电压为修调电压输出至所述误差放大电路。
3.根据权利要求2所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述单位增益缓冲单元包括运算放大器；所述运算放大器的正输入极与带隙基准电压电连接，所述运算放大器的负输入极与所述运算放大器的输出极及所述修调单元电连接，所述运算放大器的输出极与所述修调单元电连接。
4.根据权利要求3所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述修调单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关、第二开关及第三开关；所述第一电阻的第一端与所述运算放大器的输出极及所述运算放大器的负输入极电连接，所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端及第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第二开关的第一端及第三电阻的第一端电连接所述第三电阻的第二端与所述第三开关的第一端及第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第一开关的第二端、所述第二开关的第二端及所述第三开关的第二端与所述误差放大电路电连接。
5.根据权利要求2-4任一所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述误差放大电路包括误差放大器；所述误差放大器的负输入极与所述修调单元输出端电连接，所述误差放大器的正输入极及所述误差放大器的输出极与所述功率输出级电路电连接。
6.根据权利要求5所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述功率输出级电路包括工作导通单元及反馈单元；所述工作导通单元与所述误差放大器的输出极及所述反馈单元电连接，所述反馈单元与所述误差放大器的正输入极电连接；
所述工作导通单元，用于当外部电源供电导通时使误差放大器的输出极误差电压；
所述反馈单元，用于通过分压作用为所述误差放大器的正输入极提供基准电源，并调整所述工作导通单元的输出的误差电压为参考电压至外部设备。
7.根据权利要求6所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述工作导通单元包括电源连接端及MOS管；所述MOS管的源极与所述电源连接端电连接，所述MOS管的栅极与所述误差放大器的输出端电连接，所述MOS管的栅极与所述反馈单元电连接。
8.根据权利要求7所述的宽带宽LDO修调控制电路，其特征在于，所述反馈单元包括第五电阻、第六电阻及参考电压信号源；所述第五电阻的第一端与所述MOS管的漏极及参考电压信号源电连接，所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端及所述误差放大器的正输入端电连接，所述第六电阻的第二端接地。
9.一种宽带宽LDO，其特征在于，所述宽带宽LDO包括权利要求1-8任一项所述的宽带宽LDO修调控制电路。
10.一种宽带宽LDO修调控制方法，其特征在于，所述的宽带宽LDO修调控制方法包括权利要求1-8任一项所述的宽带宽LDO修调控制电路，所述控制方法包括：
单位增益缓冲单元接收带隙基准电压放大为运放放大电压输出至修调单元；
修调单元接收运放放大电压，起始闭合开关为中值数位置开关，并对调整后输出到误差电路的修调电压是否符合目标值进行判断；
当修调电压大于目标值时，修调单元依次向下逐个闭合开关串联多于原有数量的电阻；
当修调电压等于目标值时，修调单元直接输出；
当修调电压小于目标值时，修调单元依次向上逐个闭合开关串联少于原有数量的电阻；
误差放大电路接收修调电压后再次运算并放大输出得出误差电压；
功率输出级电路将调整参考电压后的参考电压输出至外界。
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