專利名稱：一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變
化的線性穩(wěn)壓電路。
背景技術(shù)：
線性穩(wěn)壓電路(LD0)由于具有輸出電壓紋波小，噪聲小，靜態(tài)電流小等優(yōu)點廣泛 應(yīng)用于各種模擬集成電路和混合信號集成電路中。 傳統(tǒng)的LDO電路如圖1所示，其中VREF_GEN為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，OP為運(yùn)算放大 器，MP1為輸出調(diào)整管，RF1和RF2為反饋電阻，RL為負(fù)載電阻，CL為負(fù)載電容。該線性穩(wěn)壓 電路工作原理描述如下基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路輸出一個基準(zhǔn)電壓給運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端， 反饋電阻將輸出電壓按比例反饋給運(yùn)算放大器的正輸入端，運(yùn)算放大器電路檢測反饋電壓 和基準(zhǔn)電壓的差值，根據(jù)差值的大小調(diào)節(jié)輸出調(diào)整管MPl的柵極電壓，當(dāng)反饋電壓VFB大于 基準(zhǔn)電壓VREF時，運(yùn)算放大器將輸出調(diào)整管的柵極電壓Vc拉高，此時輸出電壓VOUT降低， 從而使反饋電壓VFB降低到基準(zhǔn)電壓VREF ;當(dāng)反饋電壓VFB小于基準(zhǔn)電壓VREF時，運(yùn)算放 大器將輸出調(diào)整管的柵極電壓Vc拉低，此時輸出電壓VOUT升高，從而使反饋電壓VFB升高 到基準(zhǔn)電壓VREF。因此該電路通過運(yùn)算放大器和調(diào)整管的負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓VOUT，當(dāng) 電路工作穩(wěn)定后，其輸出電壓的值由下式給出
VOUT = VREF* (RF1+RF2) /RF2 對于圖1所示的LDO電路，當(dāng)負(fù)載發(fā)生快速跳變(ns級)時，主要通過負(fù)載電容CL 來提供負(fù)載跳變時所需的瞬態(tài)電流，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。這樣，該LDO電路就必須由 外部提供一個uF級以上的大電容來提供良好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，因此會增加系統(tǒng)成本。并 且，外掛電容寄生電阻的大小會影響LDO電路的環(huán)路穩(wěn)定性，大大增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜 性。如果沒有外部的電容CL，當(dāng)負(fù)載發(fā)生快速跳變(ns級)時，必須由負(fù)反饋環(huán)路來響應(yīng)負(fù) 載的跳變，這就要求整個環(huán)路帶寬要大于GHz，由于輸出調(diào)整管MPl為一個寬長比非常大， 其柵極的寄生電容比較大，要得到GHz級的環(huán)路帶寬，運(yùn)算放大器的電流必須非常大，否則 環(huán)路帶寬的不足導(dǎo)致輸出電壓VOUT發(fā)生跳變，當(dāng)輸出電壓VOUT的跳變超過±10%時將引 起該LDO供電的系統(tǒng)工作不正常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出了一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性 穩(wěn)壓電路，可以通過慢速的運(yùn)算放大器環(huán)路和快速的比較器環(huán)路兩個環(huán)路來控制輸出電 壓，在不增加系統(tǒng)功耗和無需外部大電容的情況下，大大提高了 LDO的負(fù)載響應(yīng)速度。
本發(fā)明的技術(shù)實施方案如下 —種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路，其特征在于包括均用于 控制電壓的慢通路和快通路；所述慢通路用于提供精確的輸出電壓，由運(yùn)算放大器10、驅(qū) 動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的運(yùn)算放大器環(huán)路形成；所述快通路用于響應(yīng)負(fù)載的快速變化，由比較器11、比較器12、場效應(yīng)管MN1、場效應(yīng)管MN2、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2 組成的比較器環(huán)路形成； 還包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13，用于提供運(yùn)算放大器10、比較器11、比較器12的三 個基準(zhǔn)電壓VR、VRL、VRH，這三個基準(zhǔn)電壓的關(guān)系為VRH > VR > VRL。
所述線性穩(wěn)壓電路的具體電路連接結(jié)構(gòu)如下 運(yùn)算放大器10的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VR相連，運(yùn)算 放大器10的正輸入端和電阻RF1的一端、電阻RF2的一端相連，運(yùn)算放大器10的輸出端和 驅(qū)動管MPR的柵極相連； 比較器II的正輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRL相連，比較器
II的負(fù)輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器II的輸出端和場效應(yīng)管MN1的柵極相連； 比較器12的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRH相連，比較器
12的正輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器12的輸出端和場效應(yīng)管MN2的柵極相連； 驅(qū)動管MPR的源極和電源相連，漏極和電阻RF1的另一端相連； 場效應(yīng)管麗l的漏極和驅(qū)動管MPR的柵極相連，源極和地連接在一起； 場效應(yīng)管麗2的漏極和驅(qū)動管MPR的漏極相連，源極和地連接在一起； 電阻RF1與運(yùn)算放大器10連接的一端和電阻RF2的一端相連，電阻RF1另一端和
驅(qū)動管MPR的漏極相連，電阻RF2的另一端和地相連； 驅(qū)動管MPR的柵極還連接有電阻Rc，電阻Rc的另一端連接電容Cc，電容Cc的另
一端和驅(qū)動管MPR的漏極相連。 所述線性穩(wěn)壓電路的工作原理為 當(dāng)輸出點負(fù)載恒定時，輸出電壓由運(yùn)算放大器環(huán)路控制，運(yùn)算放大器環(huán)路的反饋 電壓VFB等于基準(zhǔn)電壓VR，此時比較器II、比較器12的輸出均為低電平，場效應(yīng)管麗l和 場效應(yīng)管MN2關(guān)斷，不影響運(yùn)算放大器環(huán)路正常工作； 當(dāng)輸出點負(fù)載由重負(fù)載變?yōu)檩p負(fù)載時，由于運(yùn)算放大器環(huán)路的響應(yīng)速度不夠，輸 出電壓有一個向上跳變的過沖，當(dāng)過沖電壓超過VRH(RF1+RF2)/RF2時，比較器12輸出高 電平，場效應(yīng)管麗2導(dǎo)通將輸出電壓VOUT下拉，從而降低了輸出電壓向上跳變的過沖電壓 值； 當(dāng)輸出點負(fù)載由輕負(fù)載變?yōu)橹刎?fù)載時，輸出電壓有一個向下跳變的過沖，當(dāng)過沖
電壓低于VRL(RF1+RF2)/RF2時，比較器II輸出高電平，場效應(yīng)管麗l導(dǎo)通將LDO驅(qū)動管
MPR的柵極拉低，從而拉高輸出電壓，降低了輸出電壓向下跳變的過沖電壓值； 整個LDO電路在負(fù)載從lmA跳變到100mA，再跳變到lmA，上升下降時間為100ns，
輸出電壓的跳變峰峰值為113mV，完全滿足線性電源±10%的一般要求。 電阻Rc為米勒補(bǔ)償調(diào)零電阻，電容Cc為米勒補(bǔ)償電容，Rc和Cc串聯(lián)產(chǎn)生一個左
半平面的零點提高LDO電路的相位裕度，該零點的值為l/(Rc*Cc);電容Cc，通過極點分裂
使主極點往低頻移動，次主極點往高頻移動，從而使運(yùn)算放大器環(huán)路穩(wěn)定。 本發(fā)明的優(yōu)點如下 該電路可以通過慢速的運(yùn)算放大器環(huán)路和快速的比較器環(huán)路兩個環(huán)路來控制輸 出電壓，在不增加系統(tǒng)功耗和無需外部大電容的情況下，大大提高了 LDO的負(fù)載響應(yīng)速度。


圖1為傳統(tǒng)的LD0電路 圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖 圖3為本發(fā)明運(yùn)算放大器的一種實現(xiàn)原理圖 圖4為本發(fā)明比較器的一種實現(xiàn)原理圖 圖5為本發(fā)明LDO電路的仿真波形圖
具體實施例方式
如圖2所示，一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路，包括均用于 控制電壓的慢通路和快通路；所述慢通路用于提供精確的輸出電壓，由運(yùn)算放大器10、驅(qū) 動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的運(yùn)算放大器環(huán)路形成；所述快通路用于響應(yīng)負(fù)載的快速 變化，由比較器11、比較器12、場效應(yīng)管MN1、場效應(yīng)管MN2、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2 組成的比較器環(huán)路形成； 還包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13，用于提供運(yùn)算放大器10、比較器11、比較器12的三 個基準(zhǔn)電壓VR、VRL、VRH，這三個基準(zhǔn)電壓的關(guān)系為VRH > VR > VRL。
所述線性穩(wěn)壓電路的具體電路連接結(jié)構(gòu)如下 運(yùn)算放大器10的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VR相連，運(yùn)算 放大器10的正輸入端和電阻RF1的一端、電阻RF2的一端相連，運(yùn)算放大器10的輸出端和 驅(qū)動管MPR的柵極相連； 比較器II的正輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRL相連，比較器 II的負(fù)輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器II的輸出端和場效應(yīng)管MN1的柵極相連；
比較器12的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRH相連，比較器 12的正輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器12的輸出端和場效應(yīng)管MN2的柵極相連；
驅(qū)動管MPR的源極和電源相連，漏極和電阻RF1的另一端相連；
場效應(yīng)管麗l的漏極和驅(qū)動管MPR的柵極相連，源極和地連接在一起；
場效應(yīng)管麗2的漏極和驅(qū)動管MPR的漏極相連，源極和地連接在一起；
電阻RF1與運(yùn)算放大器10連接的一端和電阻RF2的一端相連，電阻RF1另一端和 驅(qū)動管MPR的漏極相連，電阻RF2的另一端和地相連； 驅(qū)動管MPR的柵極還連接有電阻Rc，電阻Rc的另一端連接電容Cc，電容Cc的另
一端和驅(qū)動管MPR的漏極相連。 所述線性穩(wěn)壓電路的工作原理為 當(dāng)輸出點負(fù)載恒定時，輸出電壓由運(yùn)算放大器環(huán)路控制，運(yùn)算放大器環(huán)路的反饋 電壓VFB等于基準(zhǔn)電壓VR，此時比較器I1、比較器I2的輸出均為低電平，場效應(yīng)管麗l和 場效應(yīng)管MN2關(guān)斷，不影響運(yùn)算放大器環(huán)路正常工作； 當(dāng)輸出點負(fù)載由重負(fù)載變?yōu)檩p負(fù)載時，由于運(yùn)算放大器環(huán)路的響應(yīng)速度不夠，輸 出電壓有一個向上跳變的過沖，當(dāng)過沖電壓超過VRH(RF1+RF2)/RF2時，比較器12輸出高 電平，場效應(yīng)管麗2導(dǎo)通將輸出電壓V0UT下拉，從而降低了輸出電壓向上跳變的過沖電壓 值； 當(dāng)輸出點負(fù)載由輕負(fù)載變?yōu)橹刎?fù)載時，輸出電壓有一個向下跳變的過沖，當(dāng)過沖電壓低于VRL(RF1+RF2)/RF2時，比較器II輸出高電平，場效應(yīng)管麗l導(dǎo)通將LDO驅(qū)動管 MPR的柵極拉低，從而拉高輸出電壓，降低了輸出電壓向下跳變的過沖電壓值；
電阻Rc為米勒補(bǔ)償調(diào)零電阻，用于產(chǎn)生一個左半平面的零點，提高相位裕度，電 容Cc為米勒補(bǔ)償電容，用于米勒補(bǔ)償，使運(yùn)算放大器環(huán)路穩(wěn)定。 如圖3所示，所述運(yùn)算放大器10通過場效應(yīng)管MP11、MP12、MP13、MP14、MP15、MP16 以及MN11、MN12、MN13、MN14來實現(xiàn)，具體方式為MPll的源極，MP12的源極，MP13的源極， MP14的源極和電源相連；MPll的柵極，MPll的漏極，MP12的柵極和MN12的漏極相連；MP12 的漏極，MP15的源極和MP16的源極相連；MP13的柵極，MP13的漏極，MP14的柵極和MN13的 漏極相連；MP14的漏極和麗16的漏極相連；麗16的柵極，麗15的柵極，麗15的漏極和MP16 的漏極相連；麗13的柵極，麗14的柵極，麗14的漏極和MP15的漏極相連；麗ll的源極，麗12 的源極，麗13的源極，麗14的源極，麗15的源極，麗16的源極和地相連；麗12的柵極，麗ll 的柵極和麗ll的漏極相連，作為運(yùn)算放大器10的偏置電流輸入；MP15的柵極為運(yùn)算放大 器10的負(fù)輸入端，MP16的柵極為運(yùn)算放大器10的正輸入端。 如圖4所示，所述比較器I1、比較器I2的結(jié)構(gòu)相同，具體結(jié)構(gòu)均由場效應(yīng)管MP21、 MP22以及MN21、MN22、MN23、MN24來實現(xiàn)，具體方式為MP21的源極，MP22的源極和電源相 連；MP21的漏極，MP21的柵極，MP22的柵極和MN21的漏極相連；MP22的漏極和MN22的漏極 相連；麗23的漏極，麗23的柵極和麗24的柵極相連；麗23的源極，麗24的源極和地相連； 麗24的漏極，MN21的源極和麗22的源極相連，MN21的柵極為比較器的正輸入端，麗22的 柵極為比較器的負(fù)輸入端。 如圖5所示，負(fù)載跳變從lmA到100mA，再跳變到lmA，上升下降時間為100ns，從仿 真圖中可以看出，輸出電壓的跳變峰峰值為113mV，完全滿足線性電源±10%的一般要求。
權(quán)利要求
一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路，其特征在于包括均用于控制電壓的慢通路和快通路；所述慢通路用于提供精確的輸出電壓，由運(yùn)算放大器I0、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的運(yùn)算放大器環(huán)路形成；所述快通路用于響應(yīng)負(fù)載的快速變化，由比較器I1、比較器I2、場效應(yīng)管MN1、場效應(yīng)管MN2、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的比較器環(huán)路形成；還包括基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路I3，用于提供運(yùn)算放大器I0、比較器I1、比較器I2的三個基準(zhǔn)電壓VR、VRL、VRH，這三個基準(zhǔn)電壓的關(guān)系為VRH＞VR＞VRL。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路，其特 征在于具體電路連接結(jié)構(gòu)如下運(yùn)算放大器10的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VR相連，運(yùn)算放大 器10的正輸入端和電阻RF1的一端、電阻RF2的一端相連，運(yùn)算放大器10的輸出端和驅(qū)動 管MPR的柵極相連；比較器II的正輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRL相連，比較器II的負(fù)輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器II的輸出端和場效應(yīng)管MN1的柵極相連；比較器12的負(fù)輸入端和基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路13的輸出基準(zhǔn)電壓VRH相連，比較器12的正輸入端和電阻RF2的另一端相連，比較器12的輸出端和場效應(yīng)管MN2的柵極相連； 驅(qū)動管MPR的源極和電源相連，漏極和電阻RF1的另一端相連； 場效應(yīng)管MN1的漏極和驅(qū)動管MPR的柵極相連，源極和地連接在一起； 場效應(yīng)管MN2的漏極和驅(qū)動管MPR的漏極相連，源極和地連接在一起； 電阻RF1與運(yùn)算放大器10連接的一端和電阻RF2的一端相連，電阻RF1另一端和驅(qū)動管MPR的漏極相連，電阻RF2的另一端和地相連；驅(qū)動管MPR的柵極還連接有電阻Rc，電阻Rc的另一端連接電容Cc，電容Cc的另一端和驅(qū)動管MPR的漏極相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路， 其特征在于其工作原理如下當(dāng)輸出點負(fù)載恒定時，輸出電壓由運(yùn)算放大器環(huán)路控制，運(yùn)算放大器環(huán)路的反饋電壓 VFB等于基準(zhǔn)電壓VR，此時比較器11 、比較器12的輸出均為低電平，場效應(yīng)管麗l和場效應(yīng) 管MN2關(guān)斷，不影響運(yùn)算放大器環(huán)路正常工作；當(dāng)輸出點負(fù)載由重負(fù)載變?yōu)檩p負(fù)載時，由于運(yùn)算放大器環(huán)路的響應(yīng)速度不夠，輸出電 壓有一個向上跳變的過沖，當(dāng)過沖電壓超過VRH(RF1+RF2)/RF2時，比較器12輸出高電平， 場效應(yīng)管麗2導(dǎo)通將輸出電壓VOUT下拉，從而降低了輸出電壓向上跳變的過沖電壓值；當(dāng)輸出點負(fù)載由輕負(fù)載變?yōu)橹刎?fù)載時，輸出電壓有一個向下跳變的過沖，當(dāng)過沖電壓 低于VRL(RF1+RF2) /RF2時，比較器II輸出高電平，場效應(yīng)管MN1導(dǎo)通將LDO驅(qū)動管MPR的 柵極拉低，從而拉高輸出電壓，降低了輸出電壓向下跳變的過沖電壓值；電阻Rc為米勒補(bǔ)償調(diào)零電阻，用于產(chǎn)生一個左半平面的零點；電容Cc為米勒補(bǔ)償電 容，用于米勒補(bǔ)償。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路， 其特征在于所述運(yùn)算放大器10通過場效應(yīng)管MPll、 MP12、 MP13、 MP14、 MP15、 MP16以及 MN11、MN12、MN13、MN14來實現(xiàn)，具體的連接方式如下場效應(yīng)管MPll的源極，MP12的源極，MP13的源極，MP14的源極和電源相連；MPll的柵 極，MPll的漏極，MP12的柵極和MN12的漏極相連；MP12的漏極，MP15的源極和MP16的源極 相連；MP13的柵極，MP13的漏極，MP14的柵極和MN13的漏極相連；MP14的漏極和MN16的 漏極相連；麗16的柵極，麗15的柵極，麗15的漏極和MP16的漏極相連；麗13的柵極，麗14 的柵極，麗14的漏極和MP15的漏極相連；麗ll的源極，麗12的源極，麗13的源極，麗14的 源極，麗15的源極，麗16的源極和地相連；麗12的柵極，MN11的柵極和麗ll的漏極相連， 作為運(yùn)算放大器10的偏置電流輸入；MP15的柵極為運(yùn)算放大器10的負(fù)輸入端，MP16的柵 極為運(yùn)算放大器10的正輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路， 其特征在于所述比較器11、比較器12的結(jié)構(gòu)相同，均由場效應(yīng)管MP21、 MP22以及麗21、 MN22、MN23、MN24來實現(xiàn)，其具體的連接方式為MP21的源極，MP22的源極和電源相連；MP21的漏極，MP21的柵極，MP22的柵極和MN21 的漏極相連；MP22的漏極和麗22的漏極相連；麗23的漏極，麗23的柵極和麗24的柵極相 連；麗23的源極，麗24的源極和地相連；麗24的漏極，麗21的源極和麗22的源極相連，MN21 的柵極為比較器的正輸入端，麗22的柵極為比較器的負(fù)輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無需外掛電容快速響應(yīng)負(fù)載變化的線性穩(wěn)壓電路，包括均用于控制電壓的慢通路和快通路；所述慢通路用于提供精確的輸出電壓，由運(yùn)算放大器I0、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的運(yùn)算放大器環(huán)路形成；所述快通路用于響應(yīng)負(fù)載的快速變化，由比較器I1、比較器I2、場效應(yīng)管MN1、場效應(yīng)管MN2、驅(qū)動管MPR、電阻RF1、電阻RF2組成的比較器環(huán)路形成；該電路可以通過慢速的運(yùn)算放大器環(huán)路和快速的比較器環(huán)路兩個環(huán)路來控制輸出電壓，在不增加系統(tǒng)功耗和無需外部大電容的情況下，大大提高了LDO的負(fù)載響應(yīng)速度。
文檔編號G05F1/56GK101727120SQ200910216379
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者朱國軍 申請人:四川和芯微電子股份有限公司