[实用新型]低功耗高瞬态响应无片外电容低压差线性稳压器

说明书

本实用新型公开了低功耗高瞬态响应无片外电容低压差线性稳压器，其中栅极直流偏置网络用于提供功率放大晶体管工作所需的栅极偏置电压；漏极直流偏置网络用于提供功率放大晶体管工作所需的漏极偏置电压；输入端阻抗匹配网络包括微带线、隔直电容以及RC并联电路；输出端阻抗匹配网络包括谐波控制网络和椭圆低通滤波匹配网络，其中，谐波控制网络选取通带外的两个频率点进行二次谐波控制；椭圆低通滤波匹配网络基于一个六阶切比雪夫低通滤波器改进得到，在工作频带外产生两个传输零点，实现基波阻抗到二次谐波阻抗的转换。本实用新型使得功率放大器在超五倍频的工作带宽内实现高效率和高增益。

技术领域

本实用新型属于线性调整器技术领域，特别涉及低功耗高瞬态响应无片外电容低压差线性稳压器。

背景技术

随着集成电路设计和工艺制程的不断进步，越来越多的电路被集成在一起。通常一个大规模数模混合芯片中包含了多个不同的数字、模拟电路模块，模拟电路模块需要为数字模块服务，比如需要模拟电源管理模块为数字模块提供稳定的电压，最常用的电源管理模块便是LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)。

如今数字模块的频率越来越高，这也为模拟模块设计带来挑战，比如在ADC(analog to digital converter，模拟数字转换器)应用中，需要模拟LDO在调整阶段对电容阵进行充放电，在这个阶段中，切换时间在几纳秒级别，给LDO响应的恢复时间在微秒级别。这是传统LDO电路很难实现的。受到ADC特性的影响，需要LDO具有高瞬态响应，高负载能力的特点，同时考虑到数模混合电路的集成问题，还需要LDO具有面积小，静态功耗低的特点。

但是在传统LDO的设计中，需要为LDO预留多个芯片引脚，应用工程师需要选用具有特定ESR(equivalent series resistance，串联等效电阻)值范围和容值范围的外接大电容以保证LDO稳定工作和优化电路输出的负载瞬态特性。但也正是由于片外大电容的存在，导致传统LDO无法实现全片上集成，增加PCB板的面积，难以应用于数模混合集成电路中。

随着集成电路的发展，Capless-LDO(无片外电容的低压差线性稳压器)的研究已经有所进展。经典Capless-LDO多采用缓冲级驱动型误差放大器和P型功率输出级结构，采用缓冲级来降低误差放大器的输出阻抗，从而抬高次极点，保证LDO的稳定性。其输出阻抗为

该公式表明，在低功耗的应用场景下，小的静态电流I_D会产生小的跨导g_m，进一步产生大的误差放大器的输出阻抗r_o，导致极点间距过小，难以保障LDO的稳定。因此，这种缓冲级驱动型Capless-LDO结构并不适用于低功耗应用场景。而且缓冲级的驱动能力也很弱，导致LDO瞬态响应较差，其不能满足如今更高速率数模混合电路的工作的要求。

实用新型内容

故针对现有需求以及目前技术中存在的缺陷，实有必要进行研究和改进，以提供一种方案，以解决这种需求，改善现有技术中存在的缺陷。因此本实用新型提出一种无片外电容的LDO电路，拥有低功耗、高瞬态响应，低静态功耗，易于集成等特点。

为达到上述目的，本实用新型提供了低功耗高瞬态响应无片外电容低压差线性稳压器，可以应用在数模混合集成电路中，且在全负载范围内稳定，在满足低功耗(静态电流小于5微安)前提下，实现高瞬态响应(切换时间1纳秒，恢复时间1微秒内)。具体包括直接驱动型误差放大器，N型功率输出级、自适应阻抗瞬态增强电路和补偿电容，其中，

所述直接驱动型误差放大器包括两个输入端，该两个输入端分别直接连接参考电压与所述N型功率输出级中的电阻形成的反馈电压节点，其输出端连接到N型功率调整级的控制端，根据输出电压的反馈电压与参考电压之间的电压差驱动N型功率调整级；

所述N型功率输出级，其输入端直接连接直接驱动型误差放大器的输出端，其输出端为整个线性稳压器的输出端；