[发明专利]一种芯片内无片外电容的LDO调节电路

说明书

本发明公开了芯片内无片外电容的LDO调节电路，包括依次连接的第一电路、第二电路以及第三电路；其中，第一电路为基准电压产生电路；第二电路为LDO电压电路；第三电路为自适应电压跟随放大电路。正是这三个电路的有效组合，在芯片内部采用极小的片内负载电容，在大电流输出变化的情况下依然实现稳定的电压输出。本发明将主极点设置在LDO电路的输出节点，可使其环路的稳定性较容易补偿，在具体电路设计中可根据芯片面积可接受程度和纹波大小要求调整片内负载电容的大小。相对片外电容的LDO电路，用片内负载电容代替片外电容，可消除芯片引脚PAD的寄生电阻电容电感对电路稳定性的影响，既提高了芯片的集成度，也降低了成本。

技术领域

本发明涉及LDO电路技术领域，尤其涉及一种芯片内无片外电容的LDO调节电路。

背景技术

在现代的电子产品中，芯片已成为不可缺少的核心元件，特别是随着集成电路制造工艺越来越先进，和人类追求在尽可能有限的芯片面积集成更复杂功能的愿望，催生了一种称为片上系统(System On Chip，SOC)的小型系统芯片，该类型SOC芯片通常包括微处理器MCU、模拟IP核、数字IP核、嵌入的存储器模块、外部进行通讯的接口模块、电源提供的功耗管理模块。在实际芯片设计中，SOC芯片内部常常根据面积、速度、功耗三者关系的需求会采用不同耐压的器件(如1V/1.5V/1.8V/3.3V/5V等)去实现，那就需要对应电源电压对其进行供电。

便携类电子产品大多以锂电池作为其外围电源供电，锂电池电压范围在2.6V～3.6V，显然不能给低电压模块直接供电，那就可能需要在SOC芯片内部设计不同的电源电压给相关模块供电，而低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)因其结构简单、速度快、所需元件少、易于集成的特点，可以在SOC芯片内部集成多个LDO电路。图1为一个简单的SOC内部模块的关系图，一个LDO需要给内部的MCU、数字IP核和嵌入的存储器模块；一个LDO给通讯的接口模块单独供电(为满足主机SOC芯片和从机SOC芯片通讯接口电压的一致性)。

对于上述的集成度高且复杂的SOC芯片，一个好的LDO电路性能除了要求具有稳压功能之外，还需应对当芯片内部模块工作时瞬间产生的短暂电流尖峰，即LDO输出能快速稳定在可接受的电压纹波范围之内瞬态响应能力，为满足后面的一个要求，传统的LDO一般在其输出挂微法级别的电容来应对负载的动态响应，在电子领域称之为片外电容的LDO电路(如图2所示)，包含有基准电压模块、误差放大器、缓冲器、功率调整管、电阻比例和补偿电容，还包括有外面的片外电容C，以及PAD引脚和系统外围走线产生的寄生电阻、电容和电感，以及电容寄生电阻。

对于需要应用多个LDO的SOC系统来讲，若采用多一个片外电容的LDO电路就需多一个外挂电容，会导致芯片的集成度下降(PAD引脚增多)和外围成本增加。为改善片外电容LDO的缺点，在芯片应用中出现了无片外电容的LDO电路，该电路的特点是LDO的输出电容只需20pF～200pF范围即可满足不同LDO负载的需求，完全可集成在芯片内部；但是电容减小了，LDO的瞬态响应也会变差，会造成LDO输出出现欠冲或过冲的现象。因此，无片外电容的LDO电路一般都会增加一个改善LDO动态响应的额外电路。

有无片外电容的LDO的差别在于LDO输出电容大小的数量级不同之外，还有一点就是环路的稳定性补偿特点：有片外电容的LDO的主极点由外面的大电容决定，LDO内部的节点为非主极点；而无片外电容的LDO的主极点在LDO的第一级输出，而其他的节点为非主极点。片外电容的LDO的主要缺点是外挂的电容增加的外围成本的压力，且外围器件越多，不利于SOC系统的高集成度的需求；现有的无片外电容的LDO电路结构复杂，在待机功耗和动态响应之间的均衡存在优化的地方，且其内部主极点补偿方式有一定的应用局限性，环路带宽基本不变，不利于提高LDO的响应速度。