CN116069107B - 一种瞬态响应的低压差线性稳压器、芯片和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种瞬态响应的低压差线性稳压器、芯片和电子设备。该低压差线性稳压器包括运算放大器、反馈模块、功率管和瞬态响应增强电路，通过反馈模块对输出电压进行采样，通过运算放大器对反馈模块输出的反馈电压进行钳位，通过瞬态响应增强电路中的单位增益缓冲电路输出第一电压以响应稳态电压的变化，同时通过瞬态响应增强电路中的瞬态电压产生电路生成第二电压以响应瞬态电压的变化，将第二电压叠加在第一电压上并输出至功率管，再通过功率管向负载提供稳定的输出电压。

Description

一种瞬态响应的低压差线性稳压器、芯片和电子设备
技术领域
本发明涉及一种瞬态响应的低压差线性稳压器，同时也涉及采用该低压差线性稳压器的电源管理芯片和电子设备，属于电源调节电路技术领域。
背景技术
随着通信技术的发展，现代通信系统的调制方式变得越来越复杂，工作频率也越来越高，这对电源管理芯片的瞬态响应性能提出了更高的要求。在射频模组中，低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，简称为LDO）通常作为电源管理芯片为射频模块提供稳定的偏置电压，然而射频模组所需要的电流是高频瞬态变化的，这就意味着LDO的负载电流需要在高频瞬态变化，若LDO不能及时提供高频瞬态电流，则会导致偏置电压发生很大的过冲和下冲现象，而且需要很长时间才能恢复稳态值，偏置电压的波动会严重恶化射频模组的性能，限制射频通信技术的发展。因此，如何提高低压差线性稳压器的瞬态响应速度，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
在专利号为ZL 202010114662.7的中国发明专利中，公开了一种低压差线性稳压器电路，当负载电流瞬间变化时会引起Vout的改变(即ΔVout)，此改变量经过误差放大器、单位增益缓冲器、功率调整管组成的负反馈通路后，以与ΔVout反相的量加在输出端，使得Vout最终稳定在Vref值的附近。采用折叠式共源共栅结构作为误差放大器，该结构具有较大增益、较大输入电压范围等优点。单位增益缓冲器电路的负极输入端接输出端，将大电阻和大电容隔离从而满足相位要求并改善瞬态响应特性。利用第一中间电容提升瞬态响应特性和电路稳定性，运用动态偏置结构提升瞬态响应特性和电源抑制比。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种瞬态响应的低压差线性稳压器。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该低压差线性稳压器的电源管理芯片。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包括该低压差线性稳压器的电子设备。
为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种瞬态响应的低压差线性稳压器，包括运算放大器、反馈模块、功率管和瞬态响应增强电路，所述低压差线性稳压器的输出电压接入负载电路；其中，
所述反馈模块，用于对所述输出电压进行采样并输出反馈电压；
所述运算放大器，用于根据参考电压对所述反馈模块输出的反馈电压进行钳位，并输出模拟电压至所述瞬态响应增强电路；
所述瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路和至少一个瞬态电压产生电路；其中，所述单位增益缓冲电路用于根据所述模拟电压输出第一电压，所述瞬态电压产生电路用于根据输入电压生成第二电压，所述瞬态响应增强电路用于根据所述第一电压和所述第二电压输出瞬态增强电压至所述功率管；
所述功率管，用于根据所述瞬态增强电压生成所述输出电压。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种电源管理芯片，其中包括上述的低压差线性稳压器。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种电子设备，其中包括上述的低压差线性稳压器。
与现有技术相比较，本发明所提供的低压差线性稳压器通过反馈模块对输出电压进行采样，通过运算放大器对反馈模块输出的反馈电压进行钳位，通过瞬态响应增强电路中的单位增益缓冲电路输出第一电压以响应稳态电压的变化，同时通过瞬态响应增强电路中的瞬态电压产生电路生成第二电压以响应瞬态电压的变化，将第二电压叠加在第一电压上并输出至功率管，再通过功率管向负载输出。该低压差线性稳压器能够提高瞬态响应速度，为负载提供稳定的输出电压，从而解决现有技术中存在的问题，有效减小输出电压的过冲和下冲幅度，以及输出电压恢复到稳态值的时间，具有很好的应用价值。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中，低压差线性稳压器的结构框图；
图2为本发明的一个实施例中，低压差线性稳压器的电路示意图；
图3为本发明的一个实施例中，瞬态响应增强电路的电路示意图；
图4为本发明的另一个实施例中， 瞬态响应增强电路的电路示意图；
图5为本发明的又一个实施例中， 瞬态响应增强电路的电路示意图；
图6为本发明实施例提供的低压差线性稳压器的瞬态响应效果比较图；
图7为采用本发明实施例提供的低压差线性稳压器的电子设备的示例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
如图1所示，本发明首先提出了一种瞬态响应的低压差线性稳压器，包括运算放大器、反馈模块、功率管和瞬态响应增强电路，低压差线性稳压器的输出电压接入负载电路；其中，
反馈模块，用于对输出电压进行采样并输出反馈电压；
运算放大器，用于根据参考电压对反馈模块输出的反馈电压进行钳位，并输出模拟电压至瞬态响应增强电路；
瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路和至少一个瞬态电压产生电路；其中，单位增益缓冲电路用于根据接入的模拟电压输出第一电压，至少一个瞬态电压产生电路用于根据接入的输入电压生成第二电压，瞬态响应增强电路用于根据第一电压和第二电压输出瞬态增强电压至功率管；
功率管，用于根据接入的瞬态增强电压生成输出电压。
上述低压差线性稳压器通过反馈模块对输出电压进行采样，通过运算放大器对反馈模块输出的反馈电压进行钳位，通过瞬态响应增强电路的单位增益缓冲电路对运算放大器输出的模拟电压进行电压缓冲并输出第一电压以响应低压差线性稳压器中的稳态电压的变化，同时通过瞬态响应增强电路的至少一个瞬态电压产生电路生成第二电压以响应低压差线性稳压器中的瞬态电压的变化，将第二电压叠加在第一电压上并输出至功率管，再通过功率管向负载输出。参见图6所示，该低压差线性稳压器能够提高瞬态响应速度，为负载提供稳定的输出电压，从而解决现有技术中存在的问题，有效减小输出电压的过冲和下冲幅度，以及输出电压恢复到稳态值的时间，具有很好的应用价值。
第一实施例
如图2所示，在本发明的一个实施例中，运算放大器104的第一输入端接入参考电压VREF，运算放大器104的第二输入端接入反馈模块107的第二端输出的反馈电压，运算放大器104的第一电源输入端连接电源端VDD，运算放大器的第二电源输入端接地（即与接地端GND连接），运算放大器的输出端与105的第一端，以及瞬态响应增强电路的第一输入端连接于第一节点1；
瞬态响应增强电路106的第二输入端与反馈模块107的第一端、以及功率管108的第二端连接于第二节点2，瞬态响应增强电路106的第一电源输入端连接电源端VDD，瞬态响应增强电路的第二电源输入端接地，瞬态响应增强电路的输出端与功率管的控制端连接；
补偿电容105的第二端和反馈模块107的第三端接地；
功率管108的第一端接入电源端。
在本发明的一个实施例中，负载电路109由负载电容CL和负载电阻RL构成，负载电阻RL的第一端和负载电容CL的第一端均与低压差线性稳压器的输出电压VOUT连接，CL的第二端和RL的第二端均与接地端GND连接。其中，负载电容CL和负载电阻RL为可变负载，负载的瞬态变化导致负载电流高频瞬态变化。当低压差线性稳压器不能及时提供高频瞬态电流时，容易导致低压差线性稳压器的输出电压发生很大的过冲和下冲现象，本实施例提供的低压差线性稳压器通过瞬态响应增强电路106的至少一个瞬态电压产生电路，在负载电流发生瞬态变化的情况下能够转化成瞬态电压并输出至功率管108，通过功率管108及时响应负载电流的瞬态变化，从而减小输出电压的过冲和下冲幅度，降低输出电压恢复到稳态值的时间。
运算放大器104的第一输入端为反相输入端，接入参考电压VREF；运算放大器104的第二输入端为正相输入端，接入反馈模块107输出的反馈电压，反馈模块107由电阻R1和R2构成，R1的第一端与输出电压连接于第二节点2，R1的第二端连接R2的第一端，R2的第二端接地，反馈模块107的主要用于对低压差线性稳压器的输出电压VOUT进行分压，并输出至运算放大器104的反相输入端，即反馈模块107输出的反馈电压为对输出电压VOUT采样获得的；运算放大器104的第一电源输入端连接电源端VDD，运算放大器的第二电源输入端接地。运算放大器利用接入的参考电压VREF对经过反馈环路的反馈电压进行钳位，并产生模拟电压输出至瞬态响应增强电路，作为瞬态响应增强电路的第一输入端的输入电压。
瞬态响应增强电路106的第二输入端接入低压差线性稳压器的输出电压VOUT，瞬态响应增强电路的第一电源输入端连接电源端VDD，瞬态响应增强电路106的第二电源输入端接地。瞬态响应增强电路一方面通过单位增益缓冲电路将运算放大器104输出的模拟电压进行电压缓冲以输出调整功率管108的栅极电压，使得流过功率管的电流与负载电流大致相等；另一方面通过至少一个瞬态电压产生电路将输入电压的变化叠加到功率管108的栅极，使得功率管108能够快速跟上负载电流的变化，从而减小低压差线性稳压器的输出电压的波动。其中，功率管108可以为P沟道场效应晶体管，根据接收的瞬态响应增强电路106的瞬态增强电压调整流过功率管108的漏极电流以提供输出电压给负载电路109。
补偿电容105的第一端与运算放大器104的输出端、以及瞬态响应增强电路106的第一输入端连接于第一节点1，补偿电容105的第二端接地。该补偿电容105为可变电容，通过调整电容值的大小调整低压差线性稳压器环路的主极点位置，可以使得环路满足稳定性要求。
本实施例所提供的低压差线性稳压器，通过瞬态响应增强电路的单位增益缓冲电路实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲、以及通过至少一个瞬态电压产生电路实现对瞬态电压的跟随，从而向功率管输出瞬态增强电压以实现低压差线性稳压器的稳定输出。
第二实施例
如图3所示，在一个可选的实施例中，瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路101’、低通滤波电路100、第一瞬态电压产生电路102’和第一跟随电路103’；其中，单位增益缓冲电路101’，用于对接入的模拟电压VIN1进行电压缓冲并输出缓冲电压至第一跟随电路103’；
低通滤波电路100，用于对接入的输入电压VIN2进行低通滤波并输出滤波电压，该滤波电压滞后于输入电压VIN2；
第一瞬态电压产生电路102’，用于根据输入电压VIN2和滤波电压生成第一瞬态电压并输出至第一跟随电路；
第一跟随电路103’，用于根据缓冲电压和瞬态电压输出瞬态增强电压。
在本发明的一个实施例中，通过瞬态响应增强电路的单位增益缓冲电路101’实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲生成缓冲电压，即实现传统低压差线性稳压器的电压缓冲功能；同时通过低通滤波电路100对低压差线性稳压器的输出电压进行滤波以获取滞后于输入电压VIN2的滤波电压，再通过第一瞬态电压产生电路102’根据滤波电压和输入电压生成表征输出电压瞬态变化的第一瞬态电压，再通过第一跟随电路103’将第一瞬态电压叠加在缓冲电压上以输出能够同时表征缓冲电压和第一瞬态电压的瞬态增强电压，即向功率管的栅极提供栅极电压，以使得功率管调整漏极电流能适应负载电流的变化，从而提供稳定输出电压给负载电路109。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，单位增益缓冲电路包括第一晶体管MP4，第一晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第一晶体管MP4为P沟道场效应晶体管，单位增益缓冲电路将运算放大器输出的模拟电压VIN1进行电压缓冲，第三节点B的电压VB为单位增益缓冲电路的输出，即稳态下的单位增益缓冲电路输入的模拟电压VIN1和输出的电压VB的关系可表示为VB＝VIN1＋VGS4，其中VGS4为晶体管MP4的栅源电压。
低通滤波电路100包括第二晶体管MP3、偏置电流源IB、第一电阻R和第一电容C，第二晶体管包括控制端、第一端和第二端，偏置电流源IB包括第一端和第二端，第一电阻R包括第一端和第二端，第一电容C包括第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第二晶体管MP3为P沟道场效应晶体管，第二晶体管MP3的漏极和栅极、偏置电流源IB的正极和第一电阻的第一端连接，第二晶体管MP3的源极接入输入电压VIN2；偏置电流源IB的负极与接地端GND连接；第一电阻R的第二端与第一电容C的第一端连接于第四节点A，第一电容R的第二端与接地端GND连接。当输入电压VIN2发生瞬态变化时，第二晶体管MP3的栅极电压会迅速跟随VIN2的变化，但是由于RC的低通滤波特性，第二晶体管MP3的栅极电压变化需要经过滤波后才能传输到第四节点A，因此滤波电压VA的变化会滞后于输入电压VIN2的变化，这样当输入电压VIN2发生瞬态变化时VA能在一定时间内维持初始电压不变。
第一瞬态电压产生电路102’包括第三晶体管MP2，第三晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第三晶体管MP2为P沟道场效应晶体管，第三晶体管MP2的栅极与第四节点A连接，第三晶体管MP2的源极接入输入电压VIN2；同时，第三晶体管MP2和第一晶体管MP4构成一个源跟随器，第一晶体管MP4为输入管，第三晶体管MP2为偏置电流管，第一晶体管MP4的存在使得VB＝VIN1＋VGS4；第三晶体管MP2的栅极电压为第四节点A的滤波电压VA， 第三晶体管MP2的源极电压为输入电压VIN2，当VIN2发生的瞬态变化时，由于滤波电压VA的变化会滞后于输入电压VIN2的变化，导致第三晶体管MP2的栅源电压VGS2产生一个瞬态变化/>，第三晶体管MP2的漏极电流产生瞬态变化/>，因此电压VB产生瞬态变化：
实际上是在第三节点B的稳态电压上叠加了一个瞬态电压：
其中，为电压VB的瞬态变化量，/>为输入电压VIN2的瞬态变化量，/>和分别为第三晶体管MP2和第一晶体管MP4的跨导；VGS4为第一晶体管MP4的栅源电压，VIN1运算放大器输出的模拟电压。
第一跟随电路103’包括第四晶体管MP5和第五晶体管MP8，第四晶体管包括控制端、第一端和第二端，第五晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第四晶体管MP5为P沟道场效应晶体管，第五晶体管MP8为P沟道场效应晶体管，第四晶体管MP5的栅极与第三节点B连接，第四晶体管MP5的漏极与接地端GND连接，第四晶体管MP5的源极和第五晶体管MP8的漏极连接形成瞬态响应增强电路的输出端；第五晶体管MP8的源极连接电源端VDD，第五晶体管MP8的栅极接入外部输入的电压信号，保持常开状态，用于给第四晶体管MP5提供偏置电流。
第四晶体管MP5和第五晶体管MP8构成源跟随器结构，瞬态下其输入的电压VB和输出的瞬态增强电压VO表示为：
其中，VGS5为第四晶体管MP5的栅源电压。
由此可知，当输入电压VIN2发生的瞬态变化时，瞬态增强电压VO在响应于模拟电压的同时能迅速响应输入电压VIN2的变化，从而实现快速瞬态响应。
在本发明的一个实施例中，通过低通滤波器对低压差线性稳压器输出的瞬态电压进行滤波，以获取滞后于输入电压的滤波电压；通过单位增益缓冲电路实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲生成缓冲电压，通过第一瞬态电压产生电路根据滤波电压和输入电压生成第一瞬态电压，将第一瞬态电压叠加在缓冲电压上以输出瞬态增强电压，从而向功率管的栅极提供栅极电压，以使得功率管调整漏极电流以提供输出电压给负载电路109。
第三实施例
如图4所示，在一个可选的实施例中，瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路101’、低通滤波电路100、第二瞬态电压产生电路202’和第二跟随电路203’；其中，
单位增益缓冲电路101’，用于将接入的模拟电压VIN1进行电压缓冲并输出缓冲电压至第二跟随电路203’；
低通滤波电路100，用于对接入的输入电压VIN2进行低通滤波并输出滤波电压，滤波电压滞后于输入电压VIN2；
第二瞬态电压产生电路202’，用于根据输入电压VIN2和滤波电压生成第二瞬态电压并输出至第二跟随电路203’；
第二跟随电路203’，用于根据模拟电压和第二瞬态电压输出瞬态增强电压。
在本发明的一个实施例中，通过瞬态响应增强电路的单位增益缓冲电路实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲生成缓冲电压，即实现传统低压差线性稳压器的电压缓冲功能；同时通过低通滤波器对低压差线性稳压器输出的瞬态电压进行滤波以获取滞后于输入电压的滤波电压，再通过第二瞬态电压产生电路根据滤波电压和输入电压生成表征输出电压瞬态变化的第二瞬态电压，再通过第二跟随电路将第二瞬态电压叠加在缓冲电压上以输出能够同时表征缓冲电压和第二瞬态电压的瞬态增强电压，即向功率管的栅极提供栅极电压，以使得功率管调整漏极电流以提供输出电压给负载电路109。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，模拟电压VIN1可以直接接入第四晶体管MP5的栅极。此时，第一晶体管MP2的漏极、栅极与第三节点B连接，第一晶体管MP2的源极与电源VDD连接。这样，单位增益缓冲电路101’相当于导线连接，并构成一个电压缓冲器。
低通滤波电路100包括第二晶体管MP3、偏置电流源IB、第一电阻R和第一电容C，第二晶体管包括控制端、第一端和第二端，偏置电流源包括第一端和第二端，第一电阻包括第一端和第二端，第一电容包括第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第二晶体管MP3为P沟道场效应晶体管，第二晶体管MP3的漏极和栅极、偏置电流源IB的正极和第一电阻的第一端连接，第二晶体管MP3的源极接入输入电压VIN2；偏置电流源的负极与接地端GND连接；第一电阻R的第二端与第一电容C的第一端连接于第四节点A，第一电容的第二端与接地端GND连接。当输入电压VIN2发生瞬态变化时，第二晶体管MP3的栅极电压会迅速跟随VIN2的变化，但是由于RC的低通滤波特性，MP3的栅极电压变化需要经过滤波后才能传输到第四节点A，因此电压VA的变化会滞后于输入电压VIN2的变化，这样当VIN2发生瞬态变化时VA能在一定时间内维持初始电压不变。
第二瞬态电压产生电路202’包括第六晶体管MP1和第七晶体管MN1；第六晶体管包括控制端、第一端和第二端；第七晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第六晶体管MP1为P沟道场效应晶体管，第七晶体管MN1为N沟道场效应晶体管。第六晶体管MP1的漏极、第七晶体管MN1的漏极和第七晶体管MN1的栅极连接于第五节点，第六晶体管MP1的栅极与低通滤波电路连接于第四节点A，第六晶体管MP1的源极接入输入电压VIN2，第七晶体管MN1的源极与接地端GND连接。第六晶体管MP1的栅极电压为低通滤波电路输出的滤波电压VA， 第六晶体管MP1的源极电压为输入电压VIN2，当输入电压VIN2发生的瞬态变化时，由于滤波电压VA滞后于VIN2，导致第六晶体管MP1的栅源电压VGS1产生一个瞬态变化/>，第六晶体管MP1的漏极电流产生瞬态变化/>，该瞬态电流将传输至第二跟随电路。
第二跟随电路203’包括第四晶体管MP5、第八晶体管MN2、第九晶体管MP6和第十晶体管MP7；第四晶体管包括控制端、第一端和第二端；第八晶体管包括控制端、第一端和第二端；第九晶体管包括控制端、第一端和第二端；第十晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第四晶体管MP5为P沟道场效应晶体管，第九晶体管MP6为P沟道场效应晶体管，第十晶体管MP7为P沟道场效应晶体管，第八晶体管MN2为N沟道场效应晶体管。
第八晶体管MN2的漏极与第九晶体管MP6的漏极连接，第九晶体管MP6的栅极与第十晶体管MP7的栅极连接，第九晶体管MP6的漏极和第九晶体管MP6的栅极连接，第八晶体管MN2的栅极与第五节点连接，第八晶体管MN2的源极与接地端GND连接；第九晶体管MP6的源极连接电源端VDD，第十晶体管MP7的源极连接电源端VDD，第十晶体管MP7的漏极与第四晶体管MP5的源极连接形成瞬态响应增强电路的输出端；第四晶体管MP5的栅极与单位增益缓冲电路输入的模拟电压VIN1连接，第四晶体管MP5的漏极与接地端GND连接。第八晶体管MN2的与第七晶体管MN1构成电流镜结构，将第二瞬态电压产生电路产生的瞬态电流复制到由第八晶体管MN2和第九晶体管MP6构成的电流支路，流过第八晶体管MN2的瞬态电流可表示为：，第九晶体管MP6和第十晶体管MP7构成电流镜结构又将电流复制到第十晶体管MP7所在的电流支路，流过第十晶体管MP7的瞬态电流可表示为：/>，流过第十晶体管MP7的瞬态电流产生的第二瞬态输出电压/>可表示为：
叠加上第十晶体管MP7瞬态偏置电流对第二瞬态电压的影响，可以得出最终输出的瞬态增强电压VO表示为：
其中，VGS4为MP4的栅源电压，VGS5为MP5的栅源电压；、/>和/>分别为晶体管MP1 、MP6和MP7的跨导，/>、/>分别为晶体管MN1 、MN2的跨导。
由此可以看出，当输入电压VIN2发生的瞬态变化时，在响应于模拟电压的同时能迅速响应输入电压VIN2的变化，从而实现快速瞬态响应。
在本发明的一个实施例中，通过低通滤波器对低压差线性稳压器输出的瞬态电压进行滤波以获取滞后于输入电压的滤波电压，通过单位增益缓冲电路实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲生成缓冲电压，通过第二瞬态电压产生电路根据滤波电压和输入电压生成第二瞬态电压，将第二瞬态电压叠加在缓冲电压上以输出瞬态增强电压，从而向功率管的栅极提供栅极电压，以使得功率管调整漏极电流以提供输出电压给负载电路109。
第四实施例
如图5所示，在一个可选的实施例中，该瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路101’、低通滤波电路100、瞬态电压产生电路302’和第二跟随电路203’；其中，
单位增益缓冲电路101’，用于将接入的模拟电压VIN1进行电压缓冲并输出缓冲电压至第二跟随电路203’；
低通滤波电路100，用于对接入的输入电压VIN2进行低通滤波并输出滤波电压，滤波电压滞后于输入电压；
瞬态电压产生电路302’用于根据输入电压和滤波电压生成第一瞬态电压、第二瞬态电压并输出至第二跟随电路；
第二跟随电路203’，用于根据模拟电压、第一瞬态电压和第二瞬态电压输出瞬态增强电压。
在本发明的一个实施例中，通过瞬态响应增强电路的单位增益缓冲电路实现对运算放大器输出的模拟电压的缓冲生成缓冲电压，即实现传统低压差线性稳压器的电压缓冲功能；同时通过低通滤波器对低压差线性稳压器输出的瞬态电压进行滤波以获取滞后于输入电压的滤波电压，再通过第一瞬态电压产生电路根据滤波电压和输入电压生成表征输出电压瞬态变化的第一瞬态电压，再通过第二瞬态电压产生电路根据滤波电压和输入电压生成表征输出电压瞬态变化的第二瞬态电压，再通过第二跟随电路将第一瞬态电压和第二瞬态电压叠加在缓冲电压上以输出能够同时表征缓冲电压和第一瞬态电压和第二瞬态电压的瞬态增强电压，即向功率管的栅极提供栅极电压，以使得功率管调整漏极电流以提供输出电压给负载电路109。
如图5所示，在本发明的一个实施例中，单位增益缓冲电路包括第一晶体管MP4，第一晶体管包括控制端、第一端和第二端。其中，第一晶体管MP4可以为P沟道场效应晶体管，单位增益缓冲电路将运算放大器输出的模拟电压VIN1进行电压缓冲，第三节点B的电压VB为单位增益缓冲电路的输出，即稳态下，单位增益缓冲电路输入的模拟电压VIN1和输出的电压VB的关系可表示为VB＝VIN1＋VGS4，其中VGS4为MP4晶体管的栅源电压。
低通滤波电路100包括第二晶体管MP3、偏置电流源、第一电阻和第一电容，第二晶体管包括控制端、第一端和第二端，偏置电流源包括第一端和第二端，第一电阻包括第一端和第二端，第一电容包括第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第二晶体管MP3可以为P沟道场效应晶体管，第二晶体管MP3的漏极和栅极、偏置电流源IB的正极和第一电阻的第一端连接于第四节点A，第二晶体管MP3的源极接入输入电压即VIN2；偏置电流源的负极与接地端GND连接；第一电阻R的第二端与第一电容C的第一端连接与第四节点A，第一电容的第二端与接地端GND连接。当输入电压VIN2发生瞬态变化时，第二晶体管MP3的栅极电压会迅速跟随VIN2的变化，但是由于RC滤波器的低通特性，MP3的栅极电压变化需要经过滤波后才能传输到第四节点A，因此滤波电压VA的变化会滞后于输入电压VIN2的变化，这样当VIN2发生瞬态变化时VA能在一定时间内维持初始电压不变。
第一瞬态电压产生电路包括第三晶体管MP2，第三晶体管包括控制端、第一端和第二端。在本发明的一个实施例中，第三晶体管MP2可以为P沟道场效应晶体管，第三晶体管MP2的栅极与第四节点A连接，第三晶体管MP2的源极接入输入电压VIN2；同时，第三晶体管MP2和第一晶体管MP4构成一个源跟随器，第一晶体管MP4为输入管，第三晶体管MP2为偏置电流管，第一晶体管MP4的存在使得VB＝VIN1＋VGS4；第三晶体管MP2的栅极电压为第四节点A的滤波电压VA， 第三晶体管MP2的源极电压为输入电压VIN2，当VIN2发生的瞬态变化时，由于滤波电压VA滞后于输入电压VIN2，导致第三晶体管MP2的栅源电压VGS2产生一个瞬态变化/>，第三晶体管MP2的漏极电流产生瞬态变化/>，因此电压VB产生瞬态变化：
实际上是在第三节点B的稳态电压上叠加了一个瞬态电压：
其中，和/>分别为晶体管MP2和MP4的跨导。
需要说明的是，本实施例将单位增益缓冲电路和第一瞬态电压产生电路的输出电压进行叠加。
第二瞬态电压产生电路包括第六晶体管MP1和第七晶体管MN1；第六晶体管包括控制端、第一端和第二端；第七晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第六晶体管MP1为P沟道场效应晶体管，第七晶体管MN1为N沟道场效应晶体管。第六晶体管MP1的漏极、第七晶体管MN1的漏极和第七晶体管MN1的栅极连接于第五节点，第六晶体管MP1的栅极与低通滤波电路连接于第四节点A，第六晶体管MP1的源极接入输入电压VIN2，第七晶体管MN1的源极与接地端GND连接。第六晶体管MP1的栅极电压为低通滤波电路输出的滤波电压VA， 第六晶体管MP1的源极电压为输入电压VIN2，当输入电压VIN2发生的瞬态变化时，由于滤波电压VA滞后于输入电压VIN2，导致第六晶体管MP1的栅源电压VGS1产生一个瞬态变化/>，第六晶体管MP1的漏极电流产生瞬态变化/>，该瞬态电流将传输至第二跟随电路。
第二跟随电路包括第四晶体管MP5、第八晶体管MN2、第九晶体管MP6和第十晶体管MP7；第四晶体管包括控制端、第一端和第二端；第八晶体管包括控制端、第一端和第二端；第九晶体管包括控制端、第一端和第二端；第十晶体管包括控制端、第一端和第二端。
在本发明的一个实施例中，第四晶体管MP5为P沟道场效应晶体管，第九晶体管MP6为P沟道场效应晶体管，第十晶体管MP7为P沟道场效应晶体管，第八晶体管MN2为N沟道场效应晶体管。
第八晶体管MN2的漏极与第九晶体管MP6的漏极连接，第九晶体管MP6的栅极与第十晶体管MP7的栅极连接，第九晶体管MP6的漏极和第九晶体管MP6的栅极连接，第八晶体管MN2的栅极与第五节点连接，第八晶体管MN2的源极与接地端GND连接；第九晶体管MP6的源极连接电源端VDD，第十晶体管MP7的源极连接电源端VDD，第十晶体管MP7的漏极与第四晶体管MP5的源极连接形成瞬态响应增强电路的输出端；第四晶体管MP5的栅极与第三节点B连接，第四晶体管MP5的漏极与接地端GND连接。第八晶体管MN2的与第七晶体管MN1构成电流镜结构，将第二瞬态电压产生电路产生的瞬态电流复制到由第八晶体管MN2和第九晶体管MP6构成的电流支路，流过第八晶体管MN2的瞬态电流可表示为：，第九晶体管MP6和第十晶体管MP7构成电流镜结构又将电流复制到第十晶体管MP7所在的电流支路，流过第十晶体管MP7的瞬态电流可表示为：/>， 流过第十晶体管MP7的瞬态电流产生的第二瞬态电压/>可表示为：
其中，分别为晶体管MP1 、MP5、MP6和MP7的跨导，分别为晶体管MN1 、MN2的跨导。
对于由第十晶体管MP7和第四晶体管MP5构成源跟随器结构，瞬态下其输入的电压VB和输出的第一瞬态电压VO1表示为：
其中，分别为晶体管MP2和MP4的跨导。
叠加由于第十晶体管MP7瞬态偏置电流对输出的瞬态增强电压VO的影响，可以得出最终的瞬态增强电压表示为：
由此可以看出，当输入电压VIN2发生的瞬态变化时，瞬态增强电压VO能迅速响应输入电压VIN2的变化，从而实现瞬态响应。
参见图6所示，本发明实施例提供的低压差线性稳压器，能够提高瞬态响应速度，为负载提供稳定的输出电压，从而解决现有技术中存在的问题，有效减小输出电压的过冲和下冲幅度，以及输出电压恢复到稳态值的时间，具有很好的应用价值。
另外，本发明实施例提供的低压差线性稳压器可以被用在电源管理芯片中。对于该电源管理芯片中低压差线性稳压器的具体结构，在此不再具体详述。
上述低压差线性稳压器还可以被用在电子设备中，作为电源组件的重要组成部分。这里所说的电子设备是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明实施例所提供的技术方案也适用于其他电源组件应用的场合，例如通信基站、智能网联汽车等。
如图7所示，该电子设备至少包括处理器和存储器，还可以根据实际需要进一步包括通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器连接。存储器可以是静态随机存取存储器（SRAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、可编程只读存储器（PROM）、只读存储器（ROM）、磁存储器、快闪存储器等，处理器可以是中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、现场可编程逻辑门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、数字信号处理（DSP）芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用通用部件实现，在此就不具体说明了。
与现有技术相比较，本发明所提供的低压差线性稳压器通过反馈模块对输出电压进行采样，通过运算放大器对反馈模块输出的反馈电压进行钳位，通过瞬态响应增强电路中的单位增益缓冲电路输出第一电压以响应稳态电压的变化，同时通过瞬态响应增强电路中的瞬态电压产生电路生成第二电压以响应瞬态电压的变化，将第二电压叠加在第一电压上并输出至功率管，再通过功率管向负载输出。该低压差线性稳压器能够提高瞬态响应速度，为负载提供稳定的输出电压，从而解决现有技术中存在的问题，有效减小输出电压的过冲和下冲幅度，以及输出电压恢复到稳态值的时间，具有很好的应用价值。
上面对本发明所提供的瞬态响应的低压差线性稳压器、芯片和电子设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于包括运算放大器、反馈模块、功率管和至少一个瞬态响应增强电路，所述低压差线性稳压器的输出电压接入负载电路；其中，
所述反馈模块，用于对所述输出电压进行采样并输出反馈电压；
所述运算放大器，用于根据参考电压对所述反馈模块输出的反馈电压进行钳位，并输出模拟电压至所述瞬态响应增强电路；
所述瞬态响应增强电路包括单位增益缓冲电路、低通滤波电路、第一瞬态电压产生电路和第一跟随电路；其中，所述单位增益缓冲电路，用于对所述模拟电压进行电压缓冲并输出缓冲电压至所述第一跟随电路；所述低通滤波电路，用于对输入电压进行低通滤波并输出滤波电压，所述滤波电压滞后于所述输入电压；所述第一瞬态电压产生电路，用于根据所述输入电压和所述滤波电压生成第一瞬态电压并输出至所述第一跟随电路；所述第一跟随电路，用于根据所述缓冲电压和所述第一瞬态电压输出瞬态增强电压；
所述功率管，用于根据所述瞬态增强电压生成所述输出电压；
其中，所述单位增益缓冲电路包括第一晶体管；所述低通滤波电路包括第二晶体管、偏置电流源、第一电阻和第一电容；所述第一瞬态电压产生电路包括第三晶体管；所述第一跟随电路包括第四晶体管和第五晶体管；其中，所述第一晶体管的控制端接入所述模拟电压，所述第一晶体管的第二端接地，所述第一晶体管的第一端与所述第三晶体管的第二端、以及所述第四晶体管的控制端连接；所述第二晶体管的控制端与所述第一电阻的第一端连接，所述第二晶体管的第一端接入所述输入电压，所述第二晶体管的第二端与所述偏置电流源的第一端连接，所述第二晶体管的控制端与所述第二晶体管的第二端连接；所述偏置电流源的第二端接地；所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端、以及所述第三晶体管的控制端连接；所述第一电容的第二端接地；所述第三晶体管的第一端接入所述输入电压；所述第四晶体管的第一端与所述第五晶体管的第二端连接并连接至所述瞬态响应增强电路的输出端，所述第四晶体管的第二端接地；所述第五晶体管的控制端接入跟随控制信号，所述第五晶体管的第一端连接电源端。
2.如权利要求1所述的瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于：
所述运算放大器的第一输入端接入所述参考电压，所述运算放大器的第二输入端接入所述反馈模块的第二端输出的反馈电压，所述运算放大器的第一电源输入端连接电源端，所述运算放大器的第二电源输入端接地，所述运算放大器的输出端与所述瞬态响应增强电路的第一输入端连接；
所述瞬态响应增强电路的第二输入端与所述反馈模块的第一端、以及所述功率管的第二端连接，所述瞬态响应增强电路的第一电源输入端连接电源端，所述瞬态响应增强电路的第二电源输入端接地，所述瞬态响应增强电路的输出端与所述功率管的控制端连接；
所述反馈模块的第三端接地；
所述功率管的第一端连接电源端。
3.如权利要求2所述的瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于所述瞬态响应增强电路中的第一瞬态电压产生电路可替换为第二瞬态电压产生电路，第一跟随电路可替换为第二跟随电路；其中，
所述单位增益缓冲电路，用于对所述模拟电压进行电压缓冲并输出缓冲电压至所述第二跟随电路；
所述第二瞬态电压产生电路，用于根据所述输入电压和滤波电压生成第二瞬态电压，并输出至所述第二跟随电路；
所述第二跟随电路，用于根据所述模拟电压和所述第二瞬态电压输出瞬态增强电压。
4.如权利要求3所述的瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于：所述第二瞬态电压产生电路包括第六晶体管和第七晶体管；所述第二跟随电路包括第四晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管；其中，
所述第一晶体管的控制端接入所述模拟电压，所述第一晶体管的第二端接地，所述第一晶体管的第一端与第三晶体管的第二端、以及所述第四晶体管的控制端连接；
所述第二晶体管的控制端与所述第一电阻的第一端连接，所述第二晶体管的第一端接入所述输入电压，所述第二晶体管的第二端与所述偏置电流源的第一端连接，所述第二晶体管的控制端与所述第二晶体管的第二端连接；
所述偏置电流源的第二端接地；
所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端、以及所述第六晶体管的控制端连接；
所述第一电容的第二端接地；
所述第三晶体管的第一端接入所述输入电压；
所述第六晶体管的第一端接入所述输入电压，所述第六晶体管的第二端与所述第七晶体管的控制端、所述第七晶体管的第一端、以及所述第八晶体管的控制端连接于第五节点；
所述第七晶体管的第二端接地；
所述第八晶体管的第一端与所述第九晶体管的第二端连接，所述第八晶体管的第二端接地；
所述第九晶体管的控制端与所述第十晶体管的控制端连接，所述第九晶体管的第一端连接电源端，所述第九晶体管的控制端和所述第九晶体管的第二端连接；
所述第十晶体管的第一端连接电源端，所述第十晶体管的第二端与所述第四晶体管的第一端连接并连接至所述瞬态响应增强电路的输出端；
所述第四晶体管的第二端接地。
5.如权利要求2所述的瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于所述瞬态响应增强电路还包括第二瞬态电压产生电路和第二跟随电路；其中，
所述单位增益缓冲电路，用于对所述模拟电压进行电压缓冲并输出缓冲电压至所述第二跟随电路；
所述第一瞬态电压产生电路，用于根据所述输入电压和滤波电压生成第一瞬态电压并输出至所述第二跟随电路；
所述第二瞬态电压产生电路，用于根据所述输入电压和滤波电压生成第二瞬态电压并输出至所述第二跟随电路；
所述第二跟随电路，用于根据所述模拟电压、所述第一瞬态电压和所述第二瞬态电压输出瞬态增强电压。
6.如权利要求5所述的瞬态响应的低压差线性稳压器，其特征在于：所述第二瞬态电压产生电路包括第六晶体管和第七晶体管；所述第二跟随电路包括第四晶体管、第八晶体管、第九晶体管和第十晶体管；其中，
所述第一晶体管的控制端接入所述模拟电压，所述第一晶体管的第一端接地，所述第一晶体管的第一端与所述第三晶体管的第二端、以及所述第四晶体管的控制端连接；
所述第二晶体管的控制端与所述第一电阻的第一端连接，所述第二晶体管的第一端接入所述输入电压，所述第二晶体管的第二端与所述偏置电流源的第一端连接，所述第二晶体管的控制端与所述第二晶体管的第二端连接；
所述偏置电流源的第二端接地；
所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端、以及所述第三晶体管的控制端连接；
所述第一电容的第二端接地；
所述第三晶体管的第一端接入所述输入电压；
所述第六晶体管的第一端接入所述输入电压，所述第六晶体管的第二端与所述第七晶体管的控制端、所述第七晶体管的第一端、以及所述第八晶体管的控制端连接于第五节点；
所述第七晶体管的第二端接地；
所述第八晶体管的第一端与所述第九晶体管的第二端连接，所述第八晶体管的第二端接地；
所述第九晶体管的控制端与所述第十晶体管的控制端连接，所述第九晶体管的第一端连接电源端，所述第九晶体管的控制端和所述第九晶体管的第二端连接；
所述第十晶体管的第一端连接电源端，所述第十晶体管的第二端与所述第四晶体管的第一端连接并连接至所述瞬态响应增强电路的输出端；
所述第四晶体管的第二端接地。
7.一种电源管理芯片，其特征在于包括权利要求1～6中任意一项所述的瞬态响应的低压差线性稳压器。
8.一种电子设备，其特征在于包括权利要求1～6中任意一项所述的瞬态响应的低压差线性稳压器。
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