[发明专利]一种数字低压差稳压器

说明书

本发明公开了一种数字低压差稳压器，包括：同步控制环路，用于调节上冲的输出电压以及细调下冲的输出电压；异步控制环路，用于通过查找表电路模块执行查表操作粗调下冲的输出电压；还用于基于输出电压的变化状态，通过有限状态机电路模块输出数据选择信号，以使数据选择器将异步晶体管阵列控制字、同步晶体管阵列控制字、全0晶体管阵列控制字以及全1晶体管阵列控制字择一输出至晶体管阵列；晶体管阵列，用于根据异步晶体管阵列控制字、同步晶体管阵列控制字、全0晶体管阵列控制字或全1晶体管阵列控制字，控制各晶体管的导通与关闭，输出稳压电压。本发明采用异步与同步混合控制的方案，可提高数字低压差稳压器的瞬态响应速度和调节精度。

技术领域

本发明属于稳压器技术领域，具体涉及一种数字低压差稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)作为片上系统中电源管理单元的一部分，对整个系统的性能起着重要的作用。传统的LDO为模拟LDO，采用高增益误差放大器将反馈得到的输出电压与参考电压进行比较，然后调整MOS管的导通电阻，起到稳定输出电压的作用。误差放大器的增益影响着系统的瞬态响应速度、调节精度和环路稳定性。但是，电源电压随着集成电路工艺的不断进步而逐渐下降，这使得误差放大器难以保持足够高的增益，由此出现了数字LDO。

数字LDO中的动态电压比较器取代了误差放大器，多个尺寸小的MOS管取代了单个大尺寸的功率管。动态电压比较器对输出电压和参考电压进行比较，双向移位寄存器根据动态电压比较器的输出控制晶体管阵列中晶体管的导通状态，从而改变负载电流，起到稳定电压的作用。

虽然数字LDO相对于模拟LDO具有低电压工作，对PVT变化不敏感，便于工艺升级的优点，但是现有的数字LDO还存在一些缺点，首先是瞬态响应速度较慢，因为现有的数字LDO采用移位寄存器作为控制核心，MOS管阵列控制信号只有在时钟边沿到来时才会发生变化，造成瞬态响应速度较慢。提高采样时钟频率是提高瞬态响应速度的一种有效的方案，但是会造成数字LDO所在系统功耗的增加，出现了瞬态响应速度与功耗之间需要折中的问题。

发明内容

为了提高数字低压差稳压器的瞬态响应速度和调节精度，并改善瞬态响应速度与功耗之间的折中关系，本发明提供了一种数字低压差稳压器。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种数字低压差稳压器，包括：同步控制环路、异步控制环路、数据选择器以及晶体管阵列；其中，

所述同步控制环路，用于在数字低压差稳压器的输出电压发生上冲时，在时钟信号的驱动下，通过一可变增益累加器输出用于调节所述输出电压的同步晶体管阵列控制字；还用于在所述输出电压发生下冲时，在所述时钟信号的驱动下，通过一可变增益累加器输出用于细调所述输出电压的同步晶体管阵列控制字；

所述异步控制环路，用于在所述输出电压发生下冲时，通过一查找表电路模块执行查表操作，将与所述输出电压的变化状态相对应的异步晶体管阵列控制字发送至所述数据选择器，以使所述数据选择器将收到的异步晶体管阵列控制字输出给所述晶体管阵列实现粗调所述输出电压；

所述异步控制环路，还用于基于所述输出电压的变化状态，通过一有限状态机电路模块，向所述数据选择器输出一个数据选择信号，以使所述数据选择器响应于所述数据选择信号，将所述异步晶体管阵列控制字、所述同步晶体管阵列控制字、全0晶体管阵列控制字以及全1晶体管阵列控制字择一输出至所述晶体管阵列；其中，所述全1晶体管阵列控制字和所述全0晶体管阵列控制字分别对应所述异步晶体管阵列控制字的最大值和最小值；

所述晶体管阵列，用于根据收到的所述异步晶体管阵列控制字、所述同步晶体管阵列控制字、所述全0晶体管阵列控制字或所述全1晶体管阵列控制字，控制各晶体管的导通与关闭，输出稳压电压。

可选地，所述异步控制环路包括：异步电压比较器阵列、所述有限状态机电路模块、时间数字转换器、以及所述查找表电路模块；其中，