一種基於動態零極點跟蹤技術的ldo的製作方法
2023-05-28 15:53:26 1
專利名稱：一種基於動態零極點跟蹤技術的ldo的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電源管理領域，具體涉及一種低壓差線性穩壓器(LDO，Low Dropout Regulator)的設計。
背景技術：
電源管理模塊是晶片的基本單元電路，其設計在手持和便攜設備領域尤為重要。 無片外電容的低壓差線性穩壓器，是現在流行的典型線性穩壓器結構。隨著當前可攜式設備的廣泛使用，對LDO的性能也提出了新要求更低的功耗，即更小的壓差和更低的靜態電流；更好的瞬態響應，即更優的補償方式和拓撲結構。環路穩定性是LDO的關鍵指標，傳統的LDO採用輸出電容上的ESR(Equivalent Series Resistance)償的方式。由於ESR容易受環境，如溫度，工藝等的影響，變化較大，穩定提供的輸出電流被限制在很小的範圍內而顯得不夠優化。此外ESR的存在會在瞬時負載變化的時候惡化負載瞬時調整率(load transient regulation)。現在出現了多種新的拓撲和補償方式K. N. Leimg提出的極點分裂技術和零極點抵消技術；Man提出的基於FVF的STC技術；Rincon-Mora提出的基於密勒倍增的零極點抵消技術以及K. N. Leung的阻尼因子校正技術(DFC)。但是它們都有一定的局限性=Leimg 提出的零極點抵消技術由工作在線性區的採樣管跟蹤工作在飽和區的功率管獲取負載信息，跟蹤負載不夠精確；STC技術由於拓撲結構限制環路增益不可能很高，輸出電壓靜態精度受限；Rincon-Mora提出的密勒倍增技術的電路實現由於其特殊工藝要求限制了在標準 CMOS工藝中的應用；基於DFC技術的LDO補償架構存在環路複雜性和較大靜態電流的缺點ο
實用新型內容本實用新型的目的是為了解決現有的LDO環路穩定性的問題，提出了一種基於動態零極點跟蹤技術的LD0。本實用新型的技術方案是一種基於動態零極點跟蹤技術的LD0，包括誤差放大器，緩衝器，擺率增強電路，第一電容、第二電容和可變電阻，所述誤差放大器的輸出端與緩衝器的輸入端相連接，緩衝器的輸出端與擺率增強電路的輸出端相連接，所述第一電容的一端接誤差放大器輸出端，另一端與可變電阻的一端相連接，所述第二電容的一端與誤差放大器相連接，另一端與可變電阻的另一端相連接，並作為LDO的輸出端。所述誤差放大器包括PMOS管Ml、M2、Mbl、M7，M8, NMOS管M3，M4，M5，M6管，其中 Mbl作為尾電流源；Ml，M2作為輸入對管；M7 二極體連接；M8鏡像M7的電流並作為負載P 管；M3，M4 二極體連接作為第一級負載；M5鏡像M3的電流，M6鏡像M4的電流，且M6管作為負載N管；M5與M7漏極相連；M6與M8漏極相連作為誤差放大器輸出端。所述緩衝器包括PMOS管Mb2、M9，其中，Mb2作為偏置電流管，M9作為源隨器，Mb2 的漏極與M9的源極相連接，並作為緩衝器的輸出端；M9的柵極為緩衝器的輸入端，漏極接地。所述擺率增強電 路包括PMOS管Ms、M16、M15, NMOS管M13、M14，其中，M16漏極和 Ms的柵極接緩衝器的輸出端，源極接LDO的輸入電壓，漏極接M14的漏極；M14 二極體連接； M13鏡像M14的電流，漏極接M15的漏極。所述可變電阻由NMOS管M12、PM0S管M11、M10組成，其中，M12鏡像所述擺率增強電路中NMOS管M14的電流；PMOS管MlO柵極接NMOS管M12的漏極；PMOS管Mll 二極體連接，漏極接NMOS管M12的漏極，PMOS管Mll源極和MlO的源極相連接，並作為LDO的輸出端。本實用新型的有益效果本實用新型的基於動態零極點跟蹤技術的LD0，通過第一電容和可變電阻組成補償網絡，作為系統的動態零點；通過採用電流倍增模式的第二電容補償LDO電路環路的相位裕度，從而提高了 LDO環路穩定性。
圖1為本實用新型的基於動態零極點跟蹤技術的LDO系統框圖。圖2為本實用新型的基於動態零極點跟蹤技術的LDO的具體電路示意圖。圖3為本實用新型電流模式電容倍增示意圖，其中，圖(a)為電路結構圖，(b)為等效示意圖。圖4為本實用新型實施例中相位超前補償網絡等效架構圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例對本實用新型作進一步的闡述。本實用新型LDO補償結構思想如下誤差放大器採用單極對稱結構的0ΤΑ，緩衝器用PMOS源極跟隨器實現，增加對PMOS調整管的驅動能力，頻率補償採用miller電容和動態零點(可變MOS電阻+固定電容)相結合的方法。為提高LDO在負載突變時的瞬態響應， 增加了擺率增強電路。圖1是基於動態零極點跟蹤技術的LDO的系統方框圖，包括誤差放大器Gain Stage，緩衝器Buffer，擺率增強電路SRE，第一電容C。、第二電容(；和可變電阻R。，所述誤差放大器Gain Stage的輸出端與緩衝器Buffer的輸入端相連接，緩衝器Buffer的輸出端與擺率增強電路SRE的輸出端相連接，所述第一電容C。的一端接誤差放大器Gain Stage輸出端，另一端與可變電阻R。的一端相連接，所述第二電容Cm的一端與誤差放大器Gain Stage 相連接，另一端與可變電阻R。的另一端相連接，並作為LDO的輸出端。圖2為所述的LDO的具體電路示意圖。誤差放大器Gain Stage包括PMOS管Ml、 皿2、]\&1、]\17，]\18，匪05管10，]\14，]\15，]\16，其中Mbl作為尾電流源；M1，M2作為輸入對管；M7 二極體連接；M8鏡像M7的電流並作為負載P管；M3，M4均二極體連接作為第一級負載；M5鏡像M3的電流，M6鏡像M4的電流，且M6管作為負載N管；M5與M7漏極相連；M6與M8漏極相連作為誤差放大器的輸出端。緩衝器Buffer包括PMOS管Mb2、M9，其中，Mb2作為偏置電流管，M9作為源隨器， Mb2的漏極與M9的源極相連接，並作為緩衝器Buffer的輸出端；M9的柵極為緩衝器Buffer 的輸入端，漏極接地。[0021]擺率增強電路SRE包括PMOS管Ms、M16、M15，NMOS管M13、M14，其中，M16漏極和 Ms的柵極一起接Buffer的輸出端，源極接LDO的輸入電壓，漏極接M14的漏極；M14 二級管連接；M13鏡像M14的電流，漏極接二極體連接的M15的漏極。M16管鏡像M15的電流。可變電阻Rc由NMOS管M12、PMOS管Mil、MlO組成，其中，M12鏡像所述擺率增強電路中NMOS管M14的電流；PMOS管Mll 二極體連接，漏極接NMOS管M12的漏極，PMOS管 Mll源極和MlO的源極相連接，並作為LDO的輸出端；PMOS管MlO柵極接NMOS管M12的漏極。這裡，二極體連接指的是MOS管的柵極與漏極直接連接在一起。本實用新型利用的電流模式電容倍增示意圖如圖3所示。圖(a)為電路結構圖， Vn端的小信號電壓變化在第一電容C。上的電流為VnC。S，通過電流鏡的低阻抗點(1/gm)收集流經電容的小信號電流並比例鏡像放大，返回輸入端Vn。圖(b)為等效示意圖，等效電容 Ceq= (1+KX)C。，進而實現了電容的密勒倍增。圖1中，第二電容Cm作為電流模式的密勒倍增電容，I 。是工作在線性區、包含負載信息的MOS電阻。第一電容C。與可變電阻R。跨接在EA增益級的輸出與功率管輸出，產生動態零點跟蹤補償輸出極點。Buffer隔離大電容和大電阻，並起擺率增強作用。Cf與反饋電阻I fl，Rf2組成高通濾波器，產生一對零極對，實現相位超前補償從而改善環路穩定性。擺率增強電路SRE可以根據負載電流情況，改變對功率管柵電容Cp的瞬時充電電流。由圖1可知，LDO的穩態輸出電壓
權利要求1.一種基於動態零極點跟蹤技術的LD0，包括誤差放大器，緩衝器和擺率增強電路，其特徵在於，還包括第一電容、第二電容和可變電阻，所述誤差放大器的輸出端與緩衝器的輸入端相連接，緩衝器的輸出端與擺率增強電路的輸出端相連接，所述第一電容的一端接誤差放大器輸出端，另一端與可變電阻的一端相連接，所述第二電容的一端與誤差放大器相連接，另一端與可變電阻的另一端相連接，並作為LDO的輸出端。
2.根據權利要求1所述的基於動態零極點跟蹤技術的LD0，其特徵在於，所述誤差放大 ^MUM2,MbUM7,M8, NMOS ^Μ3,Μ4,Μ5,Μ6Ρ 管，其中 Mbl 作為尾電流源；Μ1，Μ2作為輸入對管；Μ7 二極體連接；Μ8鏡像Μ7的電流並作為負載P管；Μ3，Μ4均二極體連接作為第一級負載；Μ5鏡像Μ3的電流，Μ6鏡像Μ4的電流，且Μ6管作為負載N管；Μ5與Μ7漏極相連；Μ6與Μ8漏極相連作為所述誤差放大器的輸出端。
3.根據權利要求1所述的基於動態零極點跟蹤技術的LD0，其特徵在於，所述緩衝器包括PMOS管Mb2、M9，其中，Mb2作為偏置電流管，M9作為源隨器，Mb2的漏極與M9的源極相連接，並作為緩衝器的輸出端；M9的柵極為緩衝器的輸入端，漏極接地。
4.根據權利要求1所述的基於動態零極點跟蹤技術的LD0，其特徵在於，所述擺率增強電路包括PMOS管Ms、M16、M15，NMOS管M13、M14，其中，M16漏極和Ms的柵極接緩衝器的輸出端，源極接LDO的輸入電壓，漏極接M14的漏極；M14 二極體連接；M13鏡像M14的電流，漏極接M15的漏極。
5.根據權利要求4所述的基於動態零極點跟蹤技術的LD0，其特徵在於，所述可變電阻由NMOS管M12、PMOS管Mil、MlO組成，其中，M12鏡像所述擺率增強電路中NMOS管M14的電流；PMOS管MlO柵極接NMOS管M12的漏極；PMOS管Mll 二極體連接，漏極接NMOS管M12 的漏極，PMOS管Mll源極和MlO的源極相連接，並作為所述LDO的輸出端。
專利摘要本實用新型屬於電源管理領域，公開了一種基於動態零極點跟蹤技術的LDO。本實用新型的LDO是為解決現有的LDO環路穩定性的問題而提出的，具體包括誤差放大器，緩衝器和擺率增強電路，其特徵在於，還包括第一電容、第二電容和可變電阻，所述第一電容的一端接誤差放大器輸出端，另一端與可變電阻的一端相連接，所述第二電容的一端與誤差放大器相連接，另一端與可變電阻的另一端相連接，並作為LDO的輸出端。本實用新型通過第一電容和可變電阻組成補償網絡，作為系統的動態零點；通過採用電流倍增模式的第二電容補償LDO環路的相位裕度，進而提高LDO環路的穩定性。
文檔編號G05F1/56GK202110462SQ20112014748
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者周澤坤, 張波, 張雨河, 明鑫, 石躍, 胡志明 申請人:電子科技大學