CN114740947B - 基于ldo的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片 - Google Patents

基于ldo的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于LDO的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片，响应电路包括：用于对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流的负载电流追踪单元；用于提供恒定电流IB的基准电流单元、控制单元和动态电流产生电路。恒定电流IB与追踪电流相比较并输出控制电压VC；在控制单元基于控制电压VC的控制下，动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。根据本发明的基于LDO的动态电流响应电路，通过恒定电流IB与追踪电流的比较输出控制电压VC，通过控制单元基于控制电压VC控制动态电流产生电路，使得动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。

Description

基于LDO的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片
技术领域
本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种基于LDO的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片。
背景技术
低压差线性稳压器(Low Dropout regulator，LDO)具有输出噪声小、电路结构简单、占用芯片面积小和电压纹波小等优点，已成为电源管理芯片中的一类重要电路。
参图1所示，LDO的输出电压VOUT经过第一电阻R1和第二电阻R2分压产生反馈电压FB，反馈电压FB和基准电压REF通过误差放大器EA产生信号来控制第三MOS管M3，最终控制第二MOS管M2的栅极端电压从而将输出电压VOUT稳定在：VOUT＝REF*(R2+R1)/R1。
LDO对静态电流有较高的要求，所以在极小负载条件下，LDO消耗的电流需要非常低，在大负载条件下对LDO的性能有高要求，误差放大器EA所需电流较大，所以误差放大器EA的工作电流要根据负载的不同进行相应的调整。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LDO的动态电流响应电路、动态电流控制方法及芯片，其能够根据负载的不同向误差放大器EA提供满足需求的工作电流。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种基于LDO的动态电流响应电路，包括：负载电流追踪单元、基准电流单元、控制单元和动态电流产生电路。
负载电流追踪单元用于对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流；基准电流单元用于提供一恒定电流IB；所述恒定电流IB与追踪电流相比较，并基于比较结果输出控制电压VC；控制单元与所述负载电流追踪单元和基准电流单元连接；动态电流产生电路与所述控制单元和基准电流单元连接，在所述控制单元基于控制电压VC的控制下，所述动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供所述LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。
在本发明的一个或多个实施例中，所述负载电流追踪单元包括第十六MOS管，所述第十六MOS管的源极连接电源VIN，所述第十六MOS管的漏极连接控制单元，所述第十六MOS管的栅极与所述LDO连接以获取追踪电流。
在本发明的一个或多个实施例中，所述基准电流单元包括提供恒定电流IB的恒流源，所述恒流源连接所述控制单元和动态电流产生电路。
在本发明的一个或多个实施例中，所述控制单元包括第十二MOS管以及共栅连接的第六MOS管和第七MOS管，所述第十二MOS管的源极连接电源VIN，所述第十二MOS管的栅极连接基准电流单元，所述第十二MOS管的漏极连接动态电流产生电路和第七MOS管的漏极，所述第六MOS管的漏极和栅极短接并连接负载电流追踪单元和基准电流单元，所述第六MOS管的源极和第七MOS管的源极均连接基准电位。
在本发明的一个或多个实施例中，所述负载电流追踪单元和基准电流单元之间连接有同时与控制单元连接的第一电流镜和/或第二电流镜。
在本发明的一个或多个实施例中，所述动态电流产生电路包括第三电阻、第八MOS管、第九MOS管、第十五MOS管以及第三电流镜；
所述第八MOS管和第九MOS管共栅连接，所述第八MOS管的栅极和漏极短接并通过第三电阻连接控制单元，所述第九MOS管的源极接基准电位，所述第九MOS管的漏极连接第三电流镜，所述第三电流镜同时连接所述误差放大器以向所述误差放大器输出动态电流ID，所述第十五MOS管的栅极与基准电流单元连接以接收恒定电流IB，所述第十五MOS管的源极连接电源VIN，所述第十五MOS管的漏极连接所述误差放大器以向所述误差放大器输出恒定电流IC。
在本发明的一个或多个实施例中，所述动态电流产生电路还包括第十七MOS管和第一电容，所述第十七MOS管的漏极与第八MOS管的栅极连接，所述十七MOS管的源极与第九MOS管的栅极连接，所述第十七MOS管的栅极连接于控制单元和第三电阻之间，所述第一电容的一端与所述第十七MOS管的源极连接、另一端连接基准电位。
在本发明的一个或多个实施例中，所述动态电流响应电路还包括：
第一开关电路，所述第一开关电路与所述第十七MOS管的漏极和源极连接；和/或
第二开关电路，所述第二开关电路与所述第十七MOS管的漏极和源极连接；
在所述工作电流IEA为动态电流ID和恒定电流IC之和或为恒定电流IC的情况下，通过所述第一开关电路或第二开关电路将所述第十七MOS管的漏极和源极短接以加快所述第一电容的充电或放电。
在本发明的一个或多个实施例中，所述第一开关电路包括第一开关管、第四电阻和第二电容，所述第一开关管的栅极与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接于控制单元和第三电阻之间，所述第一开关管的栅极同时还与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端用于接收所述控制电压VC，所述第一开关管的源极连接所述第十七MOS管的漏极，所述第一开关管的漏极连接所述第十七MOS管的源极；
所述第二开关电路包括比较器和第二开关管，所述比较器的第一输入端连接于所述第十七MOS管的源极，所述比较器的第二输入端连接于所述第十七MOS管的漏极，所述比较器的输出端与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的源极连接所述第十七MOS管的漏极，所述第二开关管的漏极连接所述第十七MOS管的源极。
本发明还公开了一种基于LDO的动态电流响应电路的动态电流控制方法，包括：
对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流；
提供一恒定电流IB；
将追踪电流与恒定电流IB进行比较产生控制电压VC；
在控制电压VC的控制下，基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。
本发明还公开了一种芯片，包括所述的基于LDO的动态电流响应电路。
与现有技术相比，根据本发明实施例的基于LDO的动态电流响应电路，通过负载电流追踪单元对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流，通过基准电流单元提供一恒定电流IB，通过恒定电流IB与追踪电流的比较输出控制电压VC，通过控制单元基于控制电压VC控制动态电流产生电路，使得动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。在大负载条件或极小负载条件下，对应的控制电压VC也随之增大或减小，使得动态电流产生电路基于恒定电流IB输出的用于供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA为恒定电流IC或者为恒定电流IC和动态电流ID之和，从而满足在不同负载下误差放大器对应的工作电流的需求。
附图说明
图1是现有技术中的LDO的电路原理图。
图2是根据本发明一实施例的基于LDO的动态电流响应电路的电路原理图。
图3是根据本发明一实施例的基于LDO的动态电流响应电路的动态电流控制方法的流程图。
图4是根据本发明另一实施例的基于LDO的动态电流响应电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
如图2所示，一种基于LDO的动态电流响应电路，包括：负载电流追踪单元10、基准电流单元20、控制单元30和动态电流产生电路40。负载电流追踪单元10和动态电流产生电路40均与LDO连接。LDO为现有技术，LDO的具体电路如图1所示，在此不再赘述。
如图2所示，负载电流追踪单元10用于对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流。
负载电流追踪单元10包括第十六MOS管M16，第十六MOS管M16的源极连接电源VIN，第十六MOS管M16的漏极连接控制单元30，第十六MOS管M16的栅极与图1中的LDO的第一MOS管M1的栅极连接以获取追踪电流。
如图2所示，基准电流单元20用于提供一恒定电流IB。基准电流单元20包括提供恒定电流IB的恒流源(图中未示出)。
在本实施例中，通过恒定电流IB与追踪电流相比较，并基于比较结果输出控制电压VC。
如图2所示，控制单元30包括第十二MOS管M12以及共栅连接的第六MOS管M6和第七MOS管M7。
具体的，第十二MOS管M12的源极连接电源VIN，第十二MOS管M12的栅极连接基准电流单元20，第十二MOS管M12的漏极连接动态电流产生电路40和第七MOS管M7的漏极。第六MOS管M6的漏极和栅极短接并连接负载电流追踪单元10和基准电流单元20以接收控制电压VC，第六MOS管M6的源极和第七MOS管M7的源极均连接基准电位，基准电位为地电位。
如图2所示，基准电流单元20与负载电流追踪单元10之间还连接有第一电流镜50和第二电流镜60，第一电流镜50和第二电流镜60同时与控制单元30连接。
第一电流镜50包括共栅连接的第四MOS管M4和第五MOS管M5，第四MOS管M4的栅极和漏极短接并连接第十六MOS管M16的漏极。第四MOS管M4和第五MOS管M5的源极相连并连接基准电位，第五MOS管M5的漏极连接第二电流镜60和第六MOS管M6的漏极。
第二电流镜60包括共栅连接的第十MOS管M10和第十一MOS管M11，第十MOS管M10的漏极和栅极短接并连接恒流源和第十二MOS管M12的栅极。第十MOS管M10和第十一MOS管的源极连接电源VIN，第十一MOS管M11的漏极连接第五MOS管M5的漏极和第六MOS管M6的漏极。
本实施例中的第一电流镜50用于按比例复制追踪电流，第二电流镜60用于按比例复制恒定电流IB，第十二MOS管M12与第十MOS管M10也组成电流镜从而能够按比例复制恒流源IB。在其他实施例中，可以仅设置第一电流镜50或者第二电流镜60。
如图2所述，动态电流产生电路40包括第三电阻R3、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十五MOS管M15以及第三电流镜41。其中，第三电流镜41包括共栅连接的第十三MOS管M13和第十四MOS管M14。
具体的，第三电阻R3的一端与第十二MOS管M12的漏极和第七MOS管M7的漏极连接、另一端与第八MOS管M8的漏极连接，第八MOS管M8的栅极和漏极短接。第八MOS管M8和第九MOS管M9的源极均连接基准电位，第八MOS管M8和第九MOS管M9共栅连接也组成电流镜。第十三MOS管M13和第十四MOS管M14的源极均连接电源VIN，第十三MOS管M13的漏极和栅极短接并连接第九MOS管M9的漏极，第十四MOS管M14的漏极连接LDO的误差放大器EA以向误差放大器EA输出动态电流ID。动态电流产生电路40接收第十二MOS管M12上的恒定电流后，经第九MOS管M9和第十四MOS管M14的按比例复制后输出动态电流ID。
第十五MOS管M15的栅极与恒流源以及第十MOS管M10的漏极连接，第十五MOS管M15的源极连接电源VIN，第十五MOS管M15和第十MOS管M10也组成电流镜，第十五MOS管M15按比例复制恒定电流IB。第十五MOS管M15的漏极连接LDO的误差放大器EA以向误差放大器EA输出恒定电流IC。
在本实施例中，第十六MOS管M16感应LDO上的负载电流变化，当第十六MOS管M16上的追踪电流增大至第五MOS管M5上的追踪电流大于第十一MOS管M11上的恒定电流时，控制电压VC降低，第六MOS管M6和第七MOS管M7断开，使得第十二MOS管M12和动态电流产生电路40连通，从而拉高动态电流产生电路40的输入端的输入电压VB0，即流过第十二MOS管M12的恒定电流流入第八MOS管M8，第九MOS管M9按比例复制第八MOS管M8上的恒定电流，再通过第十三MOS管M13和第十四MOS管M14产生动态电流ID。最后，动态电流ID加上第十五MOS管M15输出的恒定电流IC，形成误差放大器EA的工作电流IEA。
当第十六MOS管M16上的追踪电流减小至第五MOS管M5上的追踪电流小于第十一MOS管M11上的恒定电流时，控制电压VC升高，第六MOS管M6和第七MOS管M7导通，从而拉低动态电流产生电路40的输入端的输入电压VB0，即动态电流产生电路40的输入端连接基准电位，流过第十二MOS管M12的恒定电流不再流入第八MOS管M8。此时，动态电流ID降为零。最后，第十五MOS管M15输出的恒定电流IC作为误差放大器EA的工作电流IEA。
如图2所示，动态电流产生电路40还包括第十七MOS管MR、第一电容C1。第一电容C1一端与第十七MOS管MR的源极连接、另一端连接基准电位。第十七MOS管MR的漏极与第八MOS管M8的栅极连接，第十七MOS管MR的源极与第九MOS管M9的栅极连接，第十七MOS管MR的栅极连接第十二MOS管M12的漏极和第七MOS管M7的漏极以接收输入电压VB0。第十七MOS管MR和第一电容C1组成防振荡电路，用于防止在工作电流IEA切换的过程中发生共模振荡。
在本实施例中，第四MOS管～第九MOS管、第十七MOS管MR和第二开关管MQ均为NMOS管。第十MOS管M10～第十六MOS管M16和第一开关管MP均为PMOS管。在其他实施例中，NMOS管和PMOS管可以进行互换。
如图3所示，本实施例中还公开了一种基于LDO的动态电流响应电路的动态电流控制方法，包括：
对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流；
提供一恒定电流IB；
将追踪电流与恒定电流IB进行比较产生控制电压VC；
在控制电压VC的控制下，基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。
控制电压VC的增大或减小，使得工作电流IEA为恒定电流IC或者为恒定电流IC和动态电流ID之和。
在本实施例中，控制电压VC增大，基于恒定电流IB输出的工作电流IEA为恒定电流IC；控制电压VC减小，基于恒定电流IB输出的工作电流IEA为恒定电流IC和动态电流ID之和。在其他实施例中也可以为相反的情况。
本实施例中还公开了一种芯片，包括基于LDO的动态电流响应电路。
实施例2
如图4所示，本实施例和实施例1的区别在于：在实施例1的基础上，本实施例还包括第一开关电路70和第二开关电路80。
第一开关电路70与第十七MOS管MR的漏极和源极连接并同时连接动态电流产生电路40的输入端和控制单元30以及控制电压VC。若控制电压VC降低使得动态电流产生电路40的输入端的输入电压VB0被抬高，通过第一开关电路70将第十七MOS管MR的漏极和源极短接以加快第一电容C1的充电。
具体的，第一开关电路70包括第一开关管MP、第四电阻R4和第二电容C2。第一开关管MP的栅极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3、第十二MOS管M12的漏极和MOS管M7的漏极相连，从而使得第一开关管MP的栅极受到输入电压VB0的控制。
第一开关管MP的栅极同时还与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与第十一MOS管M11的漏极和第五MOS管M5的漏极连接以接收控制电压VC。第一开关管MP的源极连接第十七MOS管MR的漏极，第一开关管MP的漏极连接第十七MOS管MR的源极。
在本实施例中，在控制电压VC减小的情况下，输入电压VB0会被抬高，动态电流产生电路40会产生动态电流ID。此时因控制电压VC减小导致MOS管MP的栅-源电压为负电压，使得第一开关管MP瞬间导通，从而将第十七MOS管MR的漏极和源极短接以加快第一电容C1的充电。
如图4所示，第二开关电路80与第十七MOS管MR的漏极和源极连接，若输入电压VB0被拉低，通过第二开关电路80将第十七MOS管MR的漏极和源极短接以加快第一电容C1的放电。
具体的，第二开关电路80包括比较器COMP和第二开关管MQ。比较器COMP的第一输入端(正极输入端)连接于第十七MOS管MR的源极，比较器COMP的第二输入端(负极输入端)连接于第十七MOS管MR的漏极，比较器COMP的输出端与第二开关管MQ的栅极连接。第二开关管MQ的源极连接第十七MOS管MR的漏极，第二开关管MQ的漏极连接第十七MOS管MR的源极。在其他实施例中，比较器COMP的第一输入端和第二输入端可以调换。
在本实施例中，在控制电压VC增大的情况下，输入电压VB0会被拉低，动态电流ID变为零，此时由于第一电容C1还充有电，所以第十七MOS管MR的源极电压大于漏极电压，第十七MOS管MR的源-漏电压通过比较器COMP处理后输出至第二开关管MQ的栅极，以控制第二开关管MQ导通，从而将第十七MOS管MR的漏极和源极短接以加快第一电容C1的放电。
通过增加由第十七MOS管MR和第一电容C1组成的防振荡电路能够防止共摸振荡的发生，其中第十七MOS管MR充当巨大的电阻。但是，第十七MOS管MR的巨大阻抗会导致第一电容C1的充电和放电速度非常慢，从而影响LDO的动态电流响应速度，本实施例通过提高第一电容C1的充电和放电速度，从而提高动态电流的响应速度。
在其他实施例中，可以仅设置第一开关电路70或者仅设置第二开关电路80。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种基于LDO的动态电流响应电路，其特征在于，包括：
负载电流追踪单元，用于对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流；
基准电流单元，用于提供一恒定电流IB；所述恒定电流IB与追踪电流相比较，并基于比较结果输出控制电压VC；
控制单元，与所述负载电流追踪单元和基准电流单元连接；
动态电流产生电路，与所述控制单元和基准电流单元连接，在所述控制单元基于控制电压VC的控制下，所述动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供所述LDO的误差放大器工作的工作电流IEA；
所述负载电流追踪单元包括第十六MOS管，所述第十六MOS管的源极连接电源VIN，所述第十六MOS管的漏极连接控制单元，所述第十六MOS管的栅极与所述LDO连接以获取追踪电流；
所述基准电流单元包括提供恒定电流IB的恒流源，所述恒流源连接所述控制单元和动态电流产生电路；
所述控制单元包括第十二MOS管以及共栅连接的第六MOS管和第七MOS管，所述第十二MOS管的源极连接电源VIN，所述第十二MOS管的栅极连接基准电流单元，所述第十二MOS管的漏极连接动态电流产生电路和第七MOS管的漏极，所述第六MOS管的漏极和栅极短接并连接负载电流追踪单元和基准电流单元，所述第六MOS管的源极和第七MOS管的源极均连接基准电位；
所述动态电流产生电路包括第三电阻、第八MOS管、第九MOS管、第十五MOS管以及第三电流镜；
所述第八MOS管和第九MOS管共栅连接，所述第八MOS管的栅极和漏极短接并通过第三电阻连接控制单元，所述第九MOS管的源极接基准电位，所述第九MOS管的漏极连接第三电流镜，所述第三电流镜同时连接所述误差放大器以向所述误差放大器输出动态电流ID，所述第十五MOS管的栅极与基准电流单元连接以接收恒定电流IB，所述第十五MOS管的源极连接电源VIN，所述第十五MOS管的漏极连接所述误差放大器以向所述误差放大器输出恒定电流IC。
2.如权利要求1所述的基于LDO的动态电流响应电路，其特征在于，所述负载电流追踪单元和基准电流单元之间连接有同时与控制单元连接的第一电流镜和/或第二电流镜。
3.如权利要求1所述的基于LDO的动态电流响应电路，其特征在于，所述动态电流产生电路还包括第十七MOS管和第一电容，所述第十七MOS管的漏极与第八MOS管的栅极连接，所述十七MOS管的源极与第九MOS管的栅极连接，所述第十七MOS管的栅极连接于控制单元和第三电阻之间，所述第一电容的一端与所述第十七MOS管的源极连接、另一端连接基准电位。
4.如权利要求3所述的基于LDO的动态电流响应电路，其特征在于，所述动态电流响应电路还包括：
第一开关电路，所述第一开关电路与所述第十七MOS管的漏极和源极连接；和/或
第二开关电路，所述第二开关电路与所述第十七MOS管的漏极和源极连接；
在所述工作电流IEA为动态电流ID和恒定电流IC之和或为恒定电流IC的情况下，通过所述第一开关电路或第二开关电路将所述第十七MOS管的漏极和源极短接以加快所述第一电容的充电或放电。
5.如权利要求4所述的基于LDO的动态电流响应电路，其特征在于，所述第一开关电路包括第一开关管、第四电阻和第二电容，所述第一开关管的栅极与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端连接于控制单元和第三电阻之间，所述第一开关管的栅极同时还与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端用于接收所述控制电压VC，所述第一开关管的源极连接所述第十七MOS管的漏极，所述第一开关管的漏极连接所述第十七MOS管的源极；
所述第二开关电路包括比较器和第二开关管，所述比较器的第一输入端连接于所述第十七MOS管的源极，所述比较器的第二输入端连接于所述第十七MOS管的漏极，所述比较器的输出端与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的源极连接所述第十七MOS管的漏极，所述第二开关管的漏极连接所述第十七MOS管的源极。
6.一种基于LDO的动态电流响应电路的动态电流控制方法，其特征在于，基于如权利要求1～5任意一项所述的基于LDO的动态电流响应电路，所述动态电流控制方法包括：
通过负载电流追踪单元对LDO上的负载电流进行追踪而获得追踪电流；
通过基准电流单元提供一恒定电流IB；
将追踪电流与恒定电流IB进行比较产生控制电压VC；
在通过控制单元在控制电压VC的控制下，通过动态电流产生电路基于恒定电流IB输出供LDO的误差放大器工作的工作电流IEA。
7.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1～5任意一项所述的基于LDO的动态电流响应电路。
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