[发明专利]一种基于多种频率补偿方式的高瞬态响应LDO电路

说明书

本发明公开了一种基于多种频率补偿方式的高瞬态响应LDO电路，分为两部分，第一部分将对第二部分采集到的电压信号与基准电压作比较并获得残差电压，将残差电压进行采样和放大处理，将残差电压放大处理后的差值信号传递至缓冲级电路；第二部分利用经过缓冲级电路的电压信号调整功率管的导通程度，并获得新的电压信号，然后将新的电压信号采样后传递回第一部分。采用零极点追踪和密勒补偿相结合的方式来实现频率补偿，在保持极高相位裕度的同时增大了系统的单位增益带宽。通过一前馈通路模块在电压突变时将信号绕过缓冲级直接传递至功率管,实现更快的瞬态响应，在结构简单的同时具有良好的PVT特性。

技术领域

本发明涉及一种基于多种频率补偿方式的高瞬态响应LDO电路，属于低压差线性稳压器领域。

背景技术

LDO(Low Dropout Regulator)是一种低压差线性稳压器，通常在集成电路芯片中作为电源管理模块，为其他功能模块输出稳定的电压。LDO在手机、平板、智能家电、笔记本电脑等广大轻便式电子产品中有着巨大的市场份额，这是由于LDO芯片可以为后续电路提供稳定低噪的电压,并且有着低功耗、高电源纹波抑制比、较好的线性调整率和负载瞬态响应、以及占用芯片面积小等优点。随着市场的变化和技术的进步,人们对LDO芯片的性能要求也在不断地提高。更高的转换效率、更低的功耗以及更高的电源噪声抑制逐渐成为LDO芯片的研究热点和发展趋势。

LDO是闭环线性负反馈系统的一种典型应用,其主要功能是为后级电路提供一个稳定的电源电压。如图1所示，LDO的主要结构分为四个模块：带隙基准电路产生的电压基准源、误差放大器、输出功率管和反馈电阻组成的分压反馈网络。实际应用中一般还有改善LDO性能的各种辅助电路。

LDO的稳压功能主要由闭环负反馈环路通过运算放大器调节实现，负反馈环路的自稳定性调整，使其在负载发生改变的情况下仍然可以保持稳定的输出电压V_OUT。具体稳压过程为：输出端负载R_L减小时，假设流过负载的电流不变，则输出端电压V_OUT减小，于是两电阻间的反馈电压V_REF也减小。V_FB反馈到误差放大器的同相输入端，与误差放大器反相输入端的基准电压V_REF作比较，使得误差放大器的输出电压减小。从而输出功率管的栅源电压|V_GSP|增大，流过功率管的电流也增加，负载上的压降随之增加，从而抬升了LDO的输出电压使其保持稳定。反之同理。

传统的LDO芯片在输出端添加一负载电容，该电容与其等效串联电阻产生一低频零点以平抑主极点导致的相位裕度的减少，最终达到增强系统稳定性的目的。但由此产生的问题也是显而易见的：首先，输出端的大电容(通常为微法级)很难集成到芯片中，浪费了相当的芯片面积；其次，由于其等效串联电阻通常做得较大，这会影响LDO的瞬态响应；最后，受工艺水平影响，电容的等效串联电阻误差较大，导致这一零点的位置可能存在偏差，若零点频率过低，系统过高的带宽可能使其他高频极点进入带宽内，若零点频率过高，可能超出系统单位增益带宽，失去频率补偿的能力。

从2006年起，无片外负载电容的LDO(Capless-LDO)逐渐成为研究热点，这种全新的LDO大大减小了成本和芯片面积成本。但由于失去了片外大电容的补偿作用，如何保证系统的稳定性成为新的挑战，没有频率补偿的Capless-LDO不具有实用意义。

频率补偿的实质是改变系统零极点的分布，由于失去片外大电容导致系统的主极点从输出端改为系统内部，许多传统的频率补偿如基于电容等效串联电阻的补偿方法已不适用，各种全新的频率补偿方法被提出，如反馈环路中并联压控电流源补偿法，基于密勒效应的密勒电容补偿的改进型，嵌套式密勒补偿，有源反馈补偿和电流缓冲技术，基于控制理论的阻尼系数补偿等。但是现有技术很难同时保证轻载下的环路稳定性和重载下的快速瞬态响应。本发明能够克服现有技术的不足，在保证更高相位裕度的同时增强瞬态响应。

发明内容