專利名稱：一種驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差 線性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
低壓差線性穩(wěn)壓器是一種常用的電壓轉(zhuǎn)換電路，它因?yàn)榫哂忻娣e小，易集成，紋波 小的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。其設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要為穩(wěn)定性問(wèn)題。如今為了確保其穩(wěn)定性，主要 有兩種方法。其一采用一個(gè)很大的輸出電容(一般為uF級(jí))以穩(wěn)定環(huán)路，這種方法簡(jiǎn)單 有效易于實(shí)現(xiàn)，可是卻會(huì)增加成本和面積，不易于集成；其二 采用一個(gè)很小的輸出電容一 般為(O-IOOpF)，將主極點(diǎn)放在第一級(jí)誤差放大器的輸出端以實(shí)現(xiàn)環(huán)路的穩(wěn)定性。這種方 法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于集成因此現(xiàn)如今被廣泛采用?？墒?，第二種方法的低壓差線性穩(wěn)壓器無(wú)法 驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載(如nF級(jí))，如果當(dāng)所需要驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電容較大為nF級(jí)時(shí)，該低壓差線性 穩(wěn)壓器便無(wú)法穩(wěn)定。從以上的分析中我們可以看到，無(wú)論是大負(fù)載電容(uF級(jí))或是小負(fù) 載電容(PF)級(jí)，因?yàn)榭梢詫⒅鞔螛O點(diǎn)很好的分離從而得到環(huán)路的穩(wěn)定性。但是當(dāng)輸出電容 為nF級(jí)，電路便很難穩(wěn)定，因?yàn)槲挥诠β使軚艠O的極點(diǎn)與位于功率管漏級(jí)的極點(diǎn)(即輸出 極點(diǎn))很難分離，從而形成共軛極點(diǎn)嚴(yán)重影響環(huán)路穩(wěn)定性。若采用傳統(tǒng)的miller補(bǔ)償?shù)姆?法，至少需要一個(gè)300pF的補(bǔ)償電容才能穩(wěn)定，這樣大大增加了電路面積和成本。本發(fā)明提出了一種新型的，不需要大電容補(bǔ)償就可以驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載并在0_50mA 負(fù)載下都具有良好的穩(wěn)定性的低電壓線性穩(wěn)壓器，從而提供了一種很好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型無(wú)需大電容補(bǔ)償?shù)?，可以?qū)動(dòng)nF級(jí)電容負(fù)載的 低壓差線性穩(wěn)壓器。發(fā)明提供的低壓差線性穩(wěn)壓器，由誤差放大器、補(bǔ)償電容、自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路、 輸出采樣電路、功率管、負(fù)載電容和帶反饋的負(fù)載電路組成。其中，由輸出采樣電路對(duì)輸出 電壓Vtm進(jìn)行采樣后輸入到誤差放大器的負(fù)端，誤差放大器將反饋電壓與參考電壓的誤差 信號(hào)進(jìn)行比較放大后，單端輸出到自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路，通過(guò)自適應(yīng)的對(duì)極點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)以 保證穩(wěn)定性后輸入到功率管的柵極，進(jìn)行負(fù)載調(diào)節(jié)。最后引入帶負(fù)反饋的負(fù)載電路，以減小 負(fù)載電阻，從而保證在零電流時(shí)電路的穩(wěn)定性；輸出采樣電路由電阻R1、R2構(gòu)成，接在輸出電壓Vqut和地之間，采樣信號(hào)由電阻Rl 和R2分壓之后送到誤差放大器的負(fù)端，與參考電壓Vref進(jìn)行比較，放大；補(bǔ)償電容接在第一級(jí)的輸出與地之間，以設(shè)定主極點(diǎn)；負(fù)載電容接在輸出與地之間。本發(fā)明無(wú)需大電容補(bǔ)償，可以驅(qū)動(dòng)nF級(jí)電容負(fù)載。該低壓差線性穩(wěn)壓器采用 SMICO. 13um CMOS 1P9M混合信號(hào)工藝條件設(shè)計(jì)，輸出電容值為7nF，輸入電壓標(biāo)稱值為 1. 2V，輸出電壓標(biāo)稱值為0. 9V，輸出最大電流為50mA.利用電路仿真軟件對(duì)兩個(gè)主要環(huán)路
3進(jìn)行仿真后表明，當(dāng)負(fù)載電流為OmA和50mA時(shí)，均能保證環(huán)路的穩(wěn)定性。利用電路仿真軟 件對(duì)設(shè)計(jì)好的版圖進(jìn)行后版圖后仿真的結(jié)果表明當(dāng)輸出負(fù)載電流從OmA到50mA瞬時(shí)跳 變時(shí)，該低壓差線性穩(wěn)壓器的響應(yīng)時(shí)間小于3us，過(guò)沖電壓小于0. 07V。當(dāng)輸出負(fù)載電流從 50mA到OmA瞬時(shí)跳變時(shí)，該低壓差線性穩(wěn)壓器的響應(yīng)時(shí)間小于3us，過(guò)沖電壓約為0. 06V。


圖1為本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓器整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路。圖3為帶負(fù)反饋的負(fù)載電路。圖4為環(huán)路的小信號(hào)模型以及幅頻特性。圖5為輸出電流在OmA到50mA之間跳變的輸出電流輸出電壓變化曲線。圖6為該低壓差線性穩(wěn)壓器的效率曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，無(wú)需大電容補(bǔ)償?shù)模梢则?qū)動(dòng)nF級(jí)電容負(fù)載的新型低壓差線性穩(wěn)壓 器，由電阻Rl，R2組成的輸出采樣電路4對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，將采樣電壓輸入到誤差放大 器1的負(fù)端。誤差放大器1通過(guò)將輸出電壓與參考電壓的差值進(jìn)行比較放大，單端輸出送 到自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路3。我們將主極點(diǎn)pi放在誤差放大器1的輸出端，通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電 容2的值可以調(diào)節(jié)主極點(diǎn)，這里補(bǔ)償電容2可為20pF。同時(shí)，我們將次極點(diǎn)p2放在輸出端， 將第三個(gè)極點(diǎn)P3放在功率管5的柵極，因此，穩(wěn)定性最差的情況分別出現(xiàn)在電流最大和電 流最小的情況下。當(dāng)負(fù)載電流增大的時(shí)候，P2增大向p3靠近；而電流減小的時(shí)候，p2減小 向Pl靠近，所以只要能滿足這兩種極端情況下的穩(wěn)定性，就能滿足整個(gè)環(huán)路的穩(wěn)定性。自 適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路3能夠在電流大的時(shí)候相應(yīng)的增大第三個(gè)極點(diǎn)p3，從而不需要增大靜態(tài) 功耗便能滿足環(huán)路的穩(wěn)定性。將經(jīng)過(guò)自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路3的信號(hào)輸入到功率管5進(jìn)行負(fù) 載調(diào)節(jié)。同時(shí)通過(guò)引入帶有負(fù)反饋的負(fù)載電路6可以減小負(fù)載對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性的影響，當(dāng)負(fù) 載電流很小的時(shí)候也能滿足環(huán)路的穩(wěn)定性。如圖2所示，為本發(fā)明所采用的自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路。其中，MOS管Ml的柵極接 在誤差放大器的輸出端，源級(jí)連接輸出電壓Vqut，漏級(jí)與偏置電流源Il以及MOS管M2的源 級(jí)相連，在該電路中作用為共源放大器。Il為偏置電流，同時(shí)偏置MOS管Ml和MOS管M2。 MOS管M2為一個(gè)共柵放大器，其柵極為一個(gè)恒定電壓源Vl偏置，源級(jí)與電流源11和MOS管 Ml的漏級(jí)相連，其漏級(jí)與電阻R3、MOS管M3以及功率管5的柵極相連。其中電阻R3 —端 連接電源VDD，一端連接功率管5的柵極，MOS管M3為二極管連接，其柵極與漏級(jí)連在一起 共同接到功率管5的柵極，而其源級(jí)連接到電源VDD。電阻R3，MOS管M3以及功率管5柵 極加上miller效應(yīng)的寄生電容Ap*Cgsp決定了第三個(gè)極點(diǎn)p3的位置。
權(quán)利要求
一種驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于該穩(wěn)壓器由誤差放大器(1)、補(bǔ)償電容(2)、自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路(3)、輸出采樣電路(4)、功率管(5)、帶反饋的負(fù)載電路(6)以及負(fù)載電容(7)組成；其中輸出采樣電路由兩個(gè)電阻(R1，R2)構(gòu)成，接在輸出電壓VOUT和地之間，補(bǔ)償電容(2)接在第一級(jí)的輸出與地之間以設(shè)定主極點(diǎn)，負(fù)載電容COUT(7)接在輸出與地之間；由輸出采樣電路(4)對(duì)輸出電壓VOUT進(jìn)行采樣，然后輸入到誤差放大器(1)的負(fù)端，誤差放大器(1)將反饋電壓與參考電壓的誤差信號(hào)進(jìn)行比較放大后，單端輸出到自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路(3)，通過(guò)自適應(yīng)的對(duì)極點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)以保證穩(wěn)定性后輸入到功率管(5)的柵極，進(jìn)行負(fù)載調(diào)節(jié)；最后，引入帶負(fù)反饋的負(fù)載電路(6)，以減小負(fù)載電阻，從而保證在零電流時(shí)電路的穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述的自 適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路⑶中，第一 MOS管(Ml)的柵極接在誤差放大器(1)的輸出端，源級(jí)連 接輸出電壓VOT，漏級(jí)與偏置電流源Il以及第二 MOS管(M2)的源級(jí)相連，在該電路中作用 為共源放大器；第二 MOS管(M2)為一個(gè)共柵放大器，其柵極為一個(gè)恒定電壓源Vl偏置，其 源級(jí)與偏置電流源Il和第一 MOS管(Ml)的漏級(jí)相連，其漏級(jí)與電阻R3、第三MOS管(M3) 以及功率管(5)的柵極相連；其中電阻R3—端連接電源VDD，另一端連接功率管(5)的柵 極，第三MOS管(M3)為二極管連接，其柵極與漏級(jí)連在一起共同接到功率管(5)的柵極，而 其源級(jí)連接到電源VDD。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述的帶 負(fù)反饋的負(fù)載電路(6)中，第一 MOS管(Ml)、第二 MOS管(M2)、第三MOS管(10)、電阻1 3、功 率管(5)、偏置電流源Il以及偏置電壓源Vl均與自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路(3)中的電路復(fù)用； 第一 MOS管(Ml)、第二 MOS管(M2)、第三MOS管(M3)、電阻R3、功率管(50、電流源Il以及 偏置電壓源Vl連接關(guān)系與自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路(3)中的完全相同；并且功率管(5)漏級(jí)與 下拉MOS管(M4)以及輸出電容和負(fù)載相接，同時(shí)回連到第一 MOS管(Ml)的源級(jí)；這里，第 一 MOS管(Ml)作為共柵放大器工作；下拉MOS管(M4)的柵極連接到第一 MOS管(Ml)的漏 級(jí)，源級(jí)接地，漏級(jí)與輸出Vott相連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載的低壓差線性穩(wěn)壓器。該線性穩(wěn)壓器包括誤差放大器、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、帶反饋的負(fù)載、輸出采樣網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路。該電路只需要20pF的補(bǔ)償電容就能在全負(fù)載電流范圍內(nèi)保持良好的相位裕度，而傳統(tǒng)的miller補(bǔ)償結(jié)構(gòu)則需要至少200pF的補(bǔ)償電容，而且通過(guò)自適應(yīng)極點(diǎn)調(diào)節(jié)電路的引入能夠大大減小靜態(tài)功耗。本發(fā)明不需要大電容補(bǔ)償就可以驅(qū)動(dòng)nF級(jí)負(fù)載并在0-50mA負(fù)載下都具有良好的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G05F1/56GK101957625SQ20101024636
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者洪志良, 虞佳樂(lè), 陳偉, 龔曉寒 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)