[发明专利]一种应用于全集成LDO的瞬态增强电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于全集成LDO(LowDropoutRegulator，低压差线性稳压器)的瞬态增强电路，属于低压差线性稳压器技术。

背景技术

低压差线性稳压器作为电源管理单元(PowerManagementUnit，PMU)中一个重要的电路模块被大量地集成到片上系统(SystemonChip，SOC)、数字芯片、高性能模数/数模转换芯片之中。在用LDO作为稳压的高速数字电路中，主频率越来越高，目前可以达到几个GHz。而数字电路中电平的瞬间跳变会引起电流的瞬间跳变。如果LDO的负载为数字电路，那么负载电流的瞬间跳变将会影响LDO的输出电压。

LDO的瞬态响应包括电源瞬态响应和负载瞬态响应。电源瞬态响应指的是输入电压阶跃突变时，LDO输出电压的响应情况；负载瞬态响应指的是负载电流阶跃突变时，LDO的输出响应情况。由于LDO芯片正常工作时的供电电压相对稳定，而负载电流经常出现切换。所以在实际的LDO设计中，着重考虑负载瞬态响应。对于无片外大电容的全集成LDO电路结构，为了增强LDO的瞬态响应能力而不减弱其他性能，必须在电路结构上加以改进。

传统的LDO需要在输出端外接大电容，此外接电容有以下好处。首先，传统的LDO依靠输出端外接电容的等效串联电阻为系统补偿一个左半平面零点，以保持系统稳定。其次，大的外接电容有助于提高LDO的瞬态响应性能，对负载电流突变所引起的输出电压波动具有很好的抑制作用。

但传统的LDO电路中，应用工程师需选用具有特定等效串联电阻值范围的外接电容，该电容在微法数量级，这将提高应用的复杂度和成本，而且这个外接电容会占用一定的PCB板空间，使产品的体积受到限制，不适合集成在芯片上。庞大的SOC中，采用无电容型LDO供电，有利于减小芯片面积和成本，有利于减少用于外接电容的芯片引脚数目。如果LDO输出端不接片外电容，电路的补偿和瞬态响应性能的提高成为LDO设计的难点。对于无片外大电容的全集成LDO电路结构，为了增强LDO的瞬态响应能力而不减弱其他性能，必须在电路结构上加以改进。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于全集成LDO的瞬态增强电路，来提高无片外电容LDO的瞬态响应能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于全集成LDO的瞬态增强电路，LDO主控制环路包括三个增益级别，第一级为有两级增益结构的误差放大器，第二级为源极跟随器，第三级为功率管输出级，通过在误差放大器和功率管输出级之间插入源极跟随器的方式提高瞬态响应，同时通过电流升压反馈电路提供大的瞬态电流，最终提高功率输入级的栅极电压；所述误差放大器的输入级采用PMOS差分放大结构，输出级采用NMOS放大的普通CS结构，并且通过在输出NMOS管的栅极和漏极间串联弥勒补偿电容C1和调零电阻R3的方式保证误差放大器的稳定性；所述功率管输出级包括调整管Mp、电阻R1和电阻R2，调整管Mp的漏极通过弥勒补偿电容C2与误差放大器中MN3的栅极和漏极还有MN4的栅极连接；调整管Mp的漏极通过输出电容Co接地，还通过串联连接的电阻R1和电阻R2接地；电阻R1和电阻R2间的引出信号V_FB与误差放大器的正输入端连接，误差放大器的负输入端接基准电压源信号V_REF。

优选的，所述电流升压反馈电路包括NMOS管MN6、NMOS管MN7、NMOS管MN8、PMOS管MP11、PMOS管MP12和PMOS管MP13，误差放大器的输出端接NMOS管MN7的栅极，NMOS管MN7的源极和NMOS管MN8的源极接NMOS管MN6的漏极，NMOS管MN6的源极接信号VSS，NMOS管MN6的栅极接偏置信号IP1，NMOS管MN7的漏极接PMOS管MP11的栅极和PMOS管MP12的漏极，NMOS管MN8的栅极接调整管Mp的栅极，NMOS管MN8的漏极接PMOS管MP13的栅极和PMOS管MP13的漏极，NMOS管MN12的栅极接NMOS管MN13的栅极，PMOS管MP11的漏极接源极跟随器的输出端，NMOS管MN11、PMOS管MP12和PMOS管MP13的源级接信号VIN。