本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用數(shù)字電路補(bǔ)償電容的低壓差線性穩(wěn)壓器。

背景技術(shù)：

低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,LDO)是一種提供穩(wěn)定輸出電壓的供電電路，和DC-DC變換器相比具有輸出電壓紋波小、輸出電流穩(wěn)定等特點(diǎn)，在集成電路中具有廣泛的應(yīng)用。

圖1是典型的LDO原理圖，這是一個(gè)負(fù)反饋電路。當(dāng)輸出電壓V_OUT上升時(shí)，反饋電壓V_F上升；V_F和參考電壓V_REF的差值經(jīng)過誤差放大器AMP放大后，得到的控制電壓V_C上升；進(jìn)而V_OUT下降。當(dāng)負(fù)載R_L、C_L發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓V_OUT受參考電壓V_REF的控制，保持不變。

LDO的設(shè)計(jì)需要考慮其穩(wěn)定性，一種方法是采用密勒補(bǔ)償技術(shù)在M₁管的柵極產(chǎn)生主極點(diǎn)。如圖2所示，電容C_C為密勒補(bǔ)償電容，電阻R_C用于消除密勒補(bǔ)償帶來的零點(diǎn)。

密勒補(bǔ)償中電容C_C等效到M₁管柵極電容的大小等于(A+1)C_C，其中A是由M₁管作為輸入管的放大器增益的絕對(duì)值，這一等效的大電容保證環(huán)路的主極點(diǎn)位于M₁管的柵極。然而當(dāng)LDO負(fù)載變化的時(shí)候，M₁管作為輸入管的放大器的增益A也在變化，等效到M₁管柵極的電容(A+1)C_C也在變化，環(huán)路的主極點(diǎn)大小也在變化，環(huán)路的穩(wěn)定性受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種采用數(shù)字電路補(bǔ)償電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，利用補(bǔ)償電路檢測(cè)LDO調(diào)整管的工作狀態(tài)，并通過數(shù)字邏輯控制電路調(diào)節(jié)連接在調(diào)整管柵極的電容大小，從而保證柵極總電容不變，主極點(diǎn)頻率不變，提高LDO環(huán)路的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種采用數(shù)字電路補(bǔ)償電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，在使用密勒補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器電路中，利用電壓檢測(cè)電路檢測(cè)誤差放大器的輸出電壓，檢測(cè)的電壓輸入數(shù)模變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)輸入數(shù)字邏輯控制電路，數(shù)字邏輯控制電路判斷調(diào)整管的工作狀態(tài)，根據(jù)預(yù)存的信息得出此時(shí)需要補(bǔ)償?shù)碾娙荽笮?，并輸出控制信?hào)，調(diào)節(jié)電容陣列的通斷，保證調(diào)整管柵極的總電容保持不變，從而穩(wěn)定環(huán)路的主極點(diǎn)。

所述使用密勒補(bǔ)償?shù)牡蛪翰罹€性穩(wěn)壓器電路中，V_OUT為輸出電壓，為負(fù)載供電，等效負(fù)載電阻R_L和等效負(fù)載電容并聯(lián)接在V_OUT與GND之間，通過采樣電阻R_F1和電阻R_F2對(duì)V_OUT進(jìn)行分壓取樣，得到反饋電壓V_F，V_F和參考電壓V_REF進(jìn)行比較，經(jīng)過誤差放大器AMP放大后得到控制電壓V_C，V_C控制調(diào)整管M₁的柵極電壓，用于密勒補(bǔ)償?shù)碾娙軨_C和用于消除零點(diǎn)的電阻R_C串聯(lián)在V_C與V_OUT之間。

所述電壓檢測(cè)電路連接有濾波放大電路，所檢測(cè)電壓信號(hào)經(jīng)濾波、放大后傳給數(shù)模變換器。

所述數(shù)字邏輯控制電路與電壓檢測(cè)電路連接對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其輸出滿足數(shù)模變換器的輸入要求。

所述電容陣列包括若干組并聯(lián)支路，每組支路由一個(gè)電容和一個(gè)開關(guān)串聯(lián)組成，各支路連接在調(diào)整管柵極與電源V_DD之間，所述數(shù)字邏輯控制電路的輸出控制各支路中開關(guān)的通斷，使得各支路中電容按照要求接入調(diào)整管柵極，從而調(diào)整連接在調(diào)整管柵極上的電容大小，當(dāng)調(diào)整管柵極節(jié)點(diǎn)的電容變小時(shí)，增加接入的電容支路，使得總電容變大；當(dāng)調(diào)整管柵極節(jié)點(diǎn)的電容變大時(shí)，減少接入的電容支路，使得總電容變小。

所述調(diào)整管的工作狀態(tài)包括亞閾值區(qū)、飽和區(qū)或線性區(qū)。

所述調(diào)整管在不同工作狀態(tài)下的等效電容通過前期電路設(shè)計(jì)和仿真確定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是通過對(duì)LDO調(diào)整管的柵極電容進(jìn)行補(bǔ)償，可以使得反饋環(huán)路主極點(diǎn)頻率基本不變，從而保證電路的穩(wěn)定性。而且采用數(shù)字補(bǔ)償電路，可以對(duì)調(diào)整管工作狀態(tài)的判斷更加精確，電容的補(bǔ)償方法更加靈活。

附圖說明

圖1是模擬低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖2是帶有密勒補(bǔ)償?shù)哪M低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖3是采用數(shù)字電路補(bǔ)償調(diào)整管柵極電容的低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖4是數(shù)字控制邏輯電路的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

為了解決使用密勒補(bǔ)償?shù)腖DO主極點(diǎn)頻率隨負(fù)載變化的問題，本發(fā)明提出了采用數(shù)字電路補(bǔ)償調(diào)整管柵極電容的方法。該電路首先檢測(cè)調(diào)整管的柵極電壓，該模擬電壓反映了調(diào)整管的工作狀態(tài)。然后將該電壓經(jīng)過數(shù)模變換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便于數(shù)字邏輯控制電路處理。接著數(shù)字邏輯控制電路判斷調(diào)整管的工作狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)存的信息得出此時(shí)需要補(bǔ)償?shù)碾娙荽笮?。最后?shù)字邏輯控制電路輸出控制字，調(diào)節(jié)電容陣列的通斷，保證調(diào)整管柵極的總電容保持不變。

采用數(shù)字電路對(duì)調(diào)整管柵極電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腖DO如圖3所示。其主體電路仍為使用密勒補(bǔ)償?shù)腖DO。在此基礎(chǔ)上增加了控制器和電容陣列兩個(gè)部分。

控制器包含電壓檢測(cè)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字邏輯控制和時(shí)鐘等部分。LDO誤差放大器AMP的輸出電壓V_C傳給電壓檢測(cè)電路，該電路為模擬電路，將V_C信號(hào)濾波、放大后傳給ADC。ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳給數(shù)字邏輯控制電路。數(shù)字邏輯控制電路根據(jù)ADC的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前調(diào)整管的工作狀態(tài)，并結(jié)合預(yù)存的信息確定此時(shí)調(diào)整管柵極應(yīng)有的電容值，然后輸出對(duì)應(yīng)的控制字。此外數(shù)字邏輯控制電路還調(diào)節(jié)電壓檢測(cè)電路，使其輸出滿足ADC的輸入要求。時(shí)鐘電路則為控制器中的數(shù)字電路提供時(shí)鐘，該時(shí)鐘不會(huì)對(duì)LDO的輸出產(chǎn)生干擾。

電容陣列包含多條并聯(lián)支路，每條支路為開關(guān)和電容的串聯(lián)，接在調(diào)整管M₁的柵極和電源V_DD之間。數(shù)字邏輯控制電路輸出的控制字控制開關(guān)S₁～S_N的通斷，使得電容C₁～C_N按照要求接入調(diào)整管柵極。電容C₁～C_N的數(shù)量和電容值的大小需要根據(jù)仿真結(jié)果確定。

數(shù)字邏輯控制電路的基本工作流程如圖4所示。首先根據(jù)ADC的輸出數(shù)據(jù)獲取調(diào)整管的工作狀態(tài)。由于ADC的精度可以較高，調(diào)整管可以細(xì)分為多個(gè)工作狀態(tài)以便于更準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。然后判斷調(diào)整管的工作狀態(tài)是否發(fā)生的變化，即是否需要改變補(bǔ)償電容。如果狀態(tài)沒變，則維持原有的控制碼；如果狀態(tài)發(fā)生了變化，則結(jié)合預(yù)存信息更新控制碼。最后輸出控制碼調(diào)節(jié)電容陣列的開關(guān)。

根據(jù)本發(fā)明提出的調(diào)整管柵極電容補(bǔ)償方法，也可以使用模擬電路實(shí)現(xiàn)對(duì)柵極電容的補(bǔ)償。但本發(fā)明提出的數(shù)字電路補(bǔ)償具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)的模擬電壓變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，具有精度高、抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)；(2)當(dāng)調(diào)整管恰好工作在兩個(gè)相鄰工作狀態(tài)邊緣的時(shí)候，模擬電路可能不變變換補(bǔ)償電容值，難以給出穩(wěn)定的結(jié)果；數(shù)字電路可以分辨這一情況并加以解決。(3)電容陣列開關(guān)的開合可能對(duì)LDO產(chǎn)生影響，數(shù)字電路可以通過正確的時(shí)序控制保證調(diào)節(jié)過程更可靠。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。