[发明专利]一种低压差线性电压调节器

说明书

一种低压差线性电压调节器，包括误差放大器，误差放大器的输出通过缓冲器接电压调节晶体管，所述误差放大器为共源共栅结构的差分输入单端输出放大器，以误差放大器输入管栅源电压的差值ΔV_GS作为低压差线性电压调节器的参考电压，ΔV_GS加到反馈电阻网络上，经过反馈电阻网络的放大后与三极管的基极‑发射极电压叠加在一起，组成低压差线性电压调节器的输出电压。本发明自带参考电压并且输出电压可以调节，可以通过电路参数的设计在一定的范围内对输出电压进行配置。另外本发明设计了专门的下冲补偿电路，提高了输出负载切换时输出电压的瞬态响应能力。

技术领域

本发明属于微电子与固体电子技术领域，涉及电源管理电路设计，特别涉及一种低功耗的低压差线性电压调节器(LDO)。

背景技术

在无线传感网络中，无线传感节点对目标环境的信息进行采集、处理并将数据无线发送至通信网关，最终数据由网关传递到服务器。无线传感节点一般由电池供电，在实际的系统中，首先使用DC-DC转换器将电池电压转换到稍高于传感节点工作电压的数值，然后使用LDO电路得到传感节点的实际工作电压。在工作过程中，传感节点大部分时间处于休眠状态，在需要工作时由休眠唤醒电路对其进行开启。休眠唤醒电路一直处于上电工作状态，相应的负责给休眠唤醒电路供电的LDO电路需要持续工作。因此降低LDO电路的功耗，对提高无线传感节点的电池续航能力非常重要。

根据实现原理的不同，LDO电路可以分为数字型结构和模拟型结构。数字型LDO由于电源抑制比差、输出纹波高等缺点，通常用于数字电路供电，并不适用于模拟和射频电路中。常见的模拟型LDO结构如图1所示，一般由误差放大器、缓冲器、电压调节晶体管、反馈电阻网络等几部分组成。当LDO的输出负载发生变化时，输出电压也会发生改变。反馈电阻网络采集LDO的输出电压，并反馈到误差放大器的输入端，与外部输入的参考电压进行比较，误差放大器的输出通过缓冲器接到电压调节晶体管的栅极，通过调节电压调节晶体管的栅极电压使LDO的输出达到稳态。

目前大部分的LDO电路需要外接一个参考电压，增大了芯片的功耗和成本。在文献：Balachandran,G.K.,Barnett,R.E.,“A 110nA Voltage Regulator System WithDynamic Bandwidth Boosting for RFID Systems”,IEEE Journal of Solid-StateCircuits,Vol.41,No.9,pp.2019-2028,Sept.2006.中，提出了一种自带参考电压的LDO电路，但是它的输出电压只能维持在1.2V附近，限制了其应用范围。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低压差线性电压调节器，自带参考电压并且输出电压可以调节，与上述文献的设计相比，本发明可以通过电路参数的设计在一定的范围内对输出电压进行配置。另外本发明设计了专门的下冲补偿电路，提高了输出负载切换时输出电压的瞬态响应能力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种低压差线性电压调节器，包括误差放大器，误差放大器的输出通过缓冲器接电压调节晶体管，其特征在于，所述误差放大器为共源共栅结构的差分输入单端输出放大器，以误差放大器输入管栅源电压的差值ΔV_GS作为低压差线性电压调节器的参考电压，ΔV_GS加到反馈电阻网络上，经过反馈电阻网络的放大后与三极管的基极-发射极电压叠加在一起，组成低压差线性电压调节器的输出电压。

所述误差放大器的输入管偏置在近阈值电压区，即亚阈值区和强反型区之间。

所述误差放大器输入管栅源电压的差值ΔV_GS表示为

ΔV_GS≈α·ΔV_{GS_ST}+β·ΔV_{GS_SI}