[发明专利]一种运用超级跨导结构的低压差线性稳压器

说明书

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)的设计。

背景技术

低压差线性稳压器(LDO)具有的低功耗、低噪声、占用芯片面积小等特点，已经广泛应用于可移动电子设备。

典型的LDO架构如图1所示，具体包括：误差放大器EA(Error Amplifier)，调整管M_P，R_F1和R_F2构成的电阻分压反馈网络，负载I_load，输出电容C_load，R_ESR代表输出电容上的等效串联电阻。基本工作原理是：电阻反馈网络通过电阻分压产生反馈电压，误差放大器将基准电压与反馈电压的误差进行放大，用于控制调整管的栅极电压，调整管用于调整输出电压，整个网络形成一个负反馈结构，使输出电压稳定。由于误差放大器的箝位作用，基准电压V_REF和R_F1、R_F2之间的接触点电压V_FB相等，因此满足V_OUT＝V_REF·(1+R_F1/R_F2)。

低压差线性稳压器LDO的瞬态响应(transient response)是反应负载电流I_load发生瞬态变化的时候，LDO环路调整速度的指标。LDO瞬态响应同时受环路带宽限制和EA输出的摆率(SR:Slew-Rate)限制，而EA输出的摆率SR在LDO中一般由EA的大信号输出电流即SR电流I_SR和EA输出端所接功率管的寄生栅极电容C_PAR决定，满足公式SR＝I_SR/C_PAR。当负载电流I_load突然增大，调整管的电流此时保持不变，故V_OUT电压突然下跌，电阻反馈网络将该变化量反馈给EA，因为基准电压是恒定不变的，所以EA输出电压下降，使调整管M_P的|V_GS|减小，调整管M_P通过的电流减小，直到与负载电流相等，V_OUT恢复稳定。整个环路调整中，EA的响应速度受到其单位增益带宽的限制，调整管M_P栅极存在很大的寄生电容C_PAR，故其栅极电压的变动需要较大的EA输出电流I_SR对其进行充放电，即摆率限制。M_P的尺寸选取需要保证能够通过最大的负载电流，所以一般尺寸很大，导致了其栅极寄生电容很大。这样在引入超低频极点、限制了EA的带宽的同时，也限制了EA输出端的摆率。另外传统结构的EA为了做到高增益和低功耗，会选取较小的偏置电流，这会导致EA的输出阻抗很大，将极点推向低频，限制了EA的带宽。另外输出端SR电流不足，也限制输出端的摆率。因此，一般结构上的LDO瞬态响应受限于最大负载电流，环路增益(loop gain)和静态功耗。

发明内容

针对上述不足，本发明提出了一种运用超级跨导结构的低压差线性稳压器，通过运用超级跨导结构的误差放大器EA来拓展误差放大器EA的带宽，另外通过动态偏置技术和动态基准控制技术(DRC:Dynamic-reference-control)来增大负载瞬态变化时误差放大器EA输出端的SR电流，达到增大误差放大器的摆率、增强瞬态响应的目的。

本发明的技术方案如下：

一种运用超级跨导结构的低压差线性稳压器，包括：

电阻反馈网络，由第一反馈电阻R_F1与第二反馈电阻R_F2串联而成，其串联点的电压即为反馈电压V_FB，第一反馈电阻R_F1的另一端接输出端，第二反馈电阻R_F2的另一端接地；

误差放大器EA，采用超级跨导结构的跨导放大器，误差放大器的输入对管由第一NMOS管M₁和第二NMOS管M₂构成，第一NMOS管M₁和第二NMOS管M₂的栅极作为误差放大器的输入端口，第一NMOS管M₁的栅极接电阻反馈网络产生的反馈电压V_FB；

所述采用超级跨导结构的跨导放大器还包括：