一种简单有效的瞬态增强型LDO电路

摘要

本发明提供了一种简单有效的瞬态增强型LDO电路，所述LDO电路包括误差放大器、负载电容、功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关，第一开关一端接输出端Vout，第一开关的另一端接第三电阻，第三电阻的另一端连接地；其中，外部参考电压Vref接入误差放大器的输入端，误差放大器的另一个输入端连接第一电阻与第二电阻相连节点；本发明的瞬态增强型LDO电路，由于采用了上述新增一电阻连接新增一开关的结构，所获得的有益效果是，新增一电阻为了给功率管偏置一个基础负载电流，新增一电阻的大小根据功率管的尺寸来定，让流过新增一电阻的电流保证功率管在外部最小负载电流时仍然工作在临界饱和区，以达到提高LDO电路瞬态响应速度的目的。同时，当所述LDO电路处在休眠模式时，新增一开关断开，新增一电阻上没有电流流过，满足芯片休眠小功耗的需求。

权利要求

1.一种简单有效的瞬态增强型LDO电路，包括其特征在于，所述LDO电路包括误差放大器、负载电容、功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关，其中，外部参考电压Vref接入误差放大器的输入端，误差放大器的另一个输入端连接第一电阻与第二电阻相连节点；

功率管的栅端连接误差放大器的输出端，功率管的源端连接电源VDD，功率管的漏端连接第一电阻的一端，功率管的漏端也是所述LDO电路的输出端；第一电阻与第二电阻串联，第二电阻的另一端接地，第一电阻和第二电阻组成电阻反馈网络；负载电容一端连接所述LDO电路的输出端，负载电容的另一端连接地；第一开关一端接所述LDO电路的输出端，第一开关的另一端接第三电阻，第三电阻的另一端连接地；

所述LDO电路处在工作模式时，所述LDO电路通过电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统，当所述LDO电路的输出端Vout的电压增大时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压上升，并通过与误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，增大功率管的栅电压，降低所述LDO电路的输出电压；反之，当所述LDO电路的输出端Vout电压下降时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压下降，并通过与误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，减小功率管的栅电压，提高所述LDO电路的输出电压，此时，第一开关闭合，第三电阻上流过的电流保证功率管在最小负载电流Iload时仍然工作在临界饱和区，而不进入亚阈值区，提高了LDO电路的瞬态响应速度；

当所述LDO电路处在休眠模式时，所述LDO电路关闭电阻反馈网络组成的负反馈闭环系统，第一开关断开，第三电阻上无电流流过，所述LDO电路进入休眠状态。

说明书

一种简单有效的瞬态增强型LDO电路

技术领域

[0001] 本发明属于集成电路设计技术领域， 涉及一种简单有效的瞬态增强型LDO电路。

背景技术

[0002] 现今，消费类电子产品越来越成为人们生活的必需品。而这类电子产品例如sim卡，银行卡，UJKey等都离不开电源管理电路，电源管理电路性能的好坏，往往决定了电子产品的寿命和性能。电源管理芯片将各种外部电源（电池，市电）经过变化之后为电子产品提供稳定可靠的电压。除了稳定可靠的基本要求外，现代电子产品对电源芯片提出了更多的要求，例如：低功耗，面积小，高效率，速度快，高电源抑制比等等。

[0003] LDO（Low Dropout Regulator，线性稳压器）电路，LDO电路是电源管理芯片之一，因为它面积小，应用简单，因此越来越广泛的应用在便携式消费类电子产品中。从基本原理来说，LDO电路是根据负载的变化情况来调节自身的输出电阻，从而保证输出端的电压恒定不变。

[0004] 由于现今市场竞争非常激烈，SIM卡，银行卡，UKey等产品对LDO电路提出了更高的要求。要设计满足系统要求的LDO电路，需要考虑各项指标的折衷关系。例如：所设计的LDO电路要功耗小，面积小，具有足够的负载能力，良好的稳定性和快速的瞬态响应等。

[0005] 常用LDO电路结构，如图1所示，主要有参考电压Vref，误差放大器Ae，调整功率管MP1，以及采样电阻R1和采样电阻R2组成。实际芯片中一般还有过压过温保护电路，输出端与地之间接稳压电容C1，Iload是负载电流。

[0006] 常用LDO电路通过电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统。当LDO电路输出端电压增大时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压上升，并通过和误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，增大功率管的栅电压，降低LDO电路的输出电压；反之，当LDO电路输出端电压下降时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压下降，并通过跟误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，减小功率管的栅电压，抬高LDO电路的输出电压。LDO电路的稳定输出电压Vout的为：Vout=（1+R1/R2）Vref。

[0007] 常用LDO电路的传统指标中，最重要的指标是输出电压的稳定程度、电压精度、负载调整率和电压调整率，而现代电子产品还要求LDO电路具有尽可能高的瞬态响应速度。

[0008] 如图2所示，为常用的LDO电路瞬态响应波形示意图。当常用的LDO电路输出端赋予一个负载电流从最小（例如1uA）阶跃到最大输出电流，输出电压的瞬态响应依次是：输出电压瞬态下降Vdip，输出电压稳定恢复，输出电压恒定。

[0009] 当负载电流从很小阶跃到最大值时，负载突然需要从LDO电路抽取大量电流，如果LDO电路提供的电流不足以维持负载电流时，输出电压将被拉低产生一个下冲Vdip。因为在负载为1uA这种量级的小电流时，尺寸非常大的功率管不再工作在饱和区，而是工作在亚阈值区，速度慢，加上功率管栅极的大电容，环路的相应速度也较慢，压摆率较低，功率管的栅极电压未能及时响应，负载电流主要由输出端的电容放电提供。通常当输出电压瞬态下降Vdip超过输出电压的10%时，会导致LDO电路输出的电压太低，引发系统复位。

[0010] 而提高LDO电路瞬态响应速度的常用办法有以下几种：其一、减小功率管；其二、增大误差放大器的尾电流；其三、增大LDO电路输出端与地之间接的电容。但是，功率管的尺寸一般有最大负载电流能力，导通压降来折衷；增大误差放大器的尾电流会引起功耗的增加；增大负载电容会带来面积的增加，所以，以上三种办法都不可取。

发明内容

[0011] 针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提出一种简单有效的瞬态增强型LDO电路，新增一电阻连接一开关，该瞬态增强型LDO电路在功率管负载电流最小时也工作在临界饱和区，以达到提高LDO电路瞬态响应速度的目的。

[0012] 为了达到上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种简单有效的瞬态增强型LDO电路，所述LDO电路包括误差放大器、负载电容、功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一开关，其中，外部参考电压Vref接入误差放大器的输入端，误差放大器的另一个输入端连接第一电阻与第二电阻相连节点；
功率管的栅端连接误差放大器的输出端，功率管的源端连接电源VDD，功率管的漏端连接第一电阻的一端，功率管的漏端也是所述LDO电路的输出端；第一电阻与第二电阻串联，第二电阻的另一端接地，第一电阻和第二电阻组成电阻反馈网络；负载电容一端连接所述LDO电路的输出端，负载电容的另一端连接地；第一开关一端接所述LDO电路的输出端，第一开关的另一端接第三电阻，第三电阻的另一端连接地；
所述LDO电路处在工作模式时，所述LDO电路通过电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统，当所述LDO电路的输出端Vout的电压增大时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压上升，并通过与误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，增大功率管的栅电压，降低所述LDO电路的输出电压；反之，当所述LDO电路的输出端Vout电压下降时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器同向输入端电压下降，并通过与误差放大器反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器的输出信号，减小功率管的栅电压，提高所述LDO电路的输出电压，此时，第一开关闭合，第三电阻上流过的电流保证功率管在最小负载电流Iload时仍然工作在临界饱和区，而不进入亚阈值区，提高了LDO电路的瞬态响应速度；
当所述LDO电路处在休眠模式时，所述LDO电路关闭电阻反馈网络组成的负反馈闭环系统，第一开关断开，第三电阻上无电流流过，所述LDO电路进入休眠状态。

[0013] 本发明的瞬态增强型LDO电路，由于采用了上述新增一电阻连接新增一开关的结构，所获得的有益效果是，新增一电阻为了给功率管偏置一个基础负载电流，新增一电阻的大小根据功率管的尺寸来定，让流过新增一电阻的电流保证功率管在外部最小负载电流时仍然工作在临界饱和区，以达到提高LDO电路瞬态响应速度的目的。同时，当所述LDO电路处在休眠模式时，新增一开关断开，新增一电阻上没有电流流过，满足芯片休眠小功耗的需求。

[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

[0015] 图1 为常用的LDO电路结构图。

[0016] 图2 为常用的LDO电路瞬态响应波形示意图。

[0017] 图3 为本发明具体实施的新型瞬态增强型LDO电路结构图。

[0018] 图4是本发明具体实施的新型瞬态增强型LDO电路瞬态响应波形示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

[0020] 参见图3，为本发明具体实施的LDO电路结构图。该新型瞬态增强型LDO电路包括误差放大器Ae、负载电容C1、功率管MP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一开关S1，其中，外部参考电压Vref接入误差放大器Ae的输入端，误差放大器Ae的另一个输入端连接第一电阻R1与第二电阻R2相连节点。

[0021] 功率管MP1的栅端连接误差放大器Ae的输出端，功率管MP1的源端连接电源VDD，功率管MP1的漏端连接第一电阻R1的一端，功率管MP1的漏端也是所述LDO电路的输出端Vout；第一电阻R1与第二电阻R2串联，第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1和第二电阻R2组成电阻反馈网络；负载电容C1一端连接所述LDO电路的输出端Vout，负载电容C1的另一端连接地；第一开关S1一端接所述LDO电路的输出端Vout，第一开关S1的另一端接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端连接地。

[0022] 所述LDO电路处在工作模式时，所述LDO电路通过电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统，当所述LDO电路的输出端Vout的电压增大时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器Ae同向输入端电压上升，并通过与误差放大器Ae反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器Ae的输出信号，增大功率管MP1的栅电压，降低所述LDO电路的输出电压；反之，当所述LDO电路的输出端Vout电压下降时，通过电阻反馈网络提供反馈信号，误差放大器Ae同向输入端电压下降，并通过与误差放大器Ae反向输入端的基准电压进行比较，调整误差放大器Ae的输出信号，减小功率管的栅电压，提高所述LDO电路的输出电压，此时，第一开关S1闭合，第三电阻R3上流过的电流保证功率管在最小负载电流Iload时仍然工作在临界饱和区，而不进入亚阈值区，提高了所述LDO电路的瞬态响应速度。

[0023] 当所述LDO电路处在休眠模式时，所述LDO电路关闭电阻反馈网络组成的负反馈闭环系统，第一开关S1断开，第三电阻R3上无电流流过，所述LDO电路进入休眠状态。

[0024] 该新型瞬态增强型LDO电路中，所述LDO电路处在工作模式时，所述LDO电路通过电阻反馈网络构成一个负反馈闭环系统，新增一电阻为第三电阻R3，第三电阻R3为了给功率管MP1偏置一个基础负载电流Iload，第三电阻R3的大小根据功率管MP1的尺寸来定，让流过第三电阻R3的电流保证功率管MP1在外部最小负载电流Iload时仍然工作在临界饱和区。同时，一个栅宽为几百um的功率管MP1，第三电阻R3上的电流一般可以设计在几百uA，对于输出电压为1.5V左右的所述LDO电路，第三电阻R3的大小为3K欧姆左右，占用面积很小，这种结构的益处是当负载电流Iload从最小（例如1uA）阶跃到最大电流时，相当于负载电流从第三电阻R3上的电流阶跃到最大电流，这样输出电压的下冲Vdip会得到改善，相当于提高了所述LDO电路的瞬态响应速度。或者可以理解为加上第三电阻R3之后负载电流为1uA时功率管避免了进入亚阈值区，而是工作在临界饱和区，这样所述LDO电路的速度会较之前快，相当于提高了所述LDO电路的瞬态响应速度。

[0025] 而且，其中第一开关S1的作用是当所述LDO电路正常工作时开关闭合，第三电阻R3为功率管MP1提供一个偏置电流。当所述LDO电路正常工作时一般功耗为十几或几十mA，第三电阻R3上的电流设计为几百uA，这样对芯片正常工作时功耗影响可以忽略。当所述LDO电路处在休眠模式时，所述LDO电路关闭电阻反馈网络组成的负反馈闭环系统，第一开关S1断开，第三电阻R3上没有电流流过，满足芯片休眠小功耗的需求。

[0026] 参见图4，为本发明具体实施的新型瞬态增强型LDO电路瞬态响应波形示意图。采用此结构之后负载有相同的跳变时，所述LDO电路的输出端下降Vdip1，而用常用的LDO电路，见图1的结构时，该常用的LDO电路输出端下降Vdip。本发明中，所述LDO电路的输出电压1.5V，第三电阻R3为3K欧姆，第一开关S1闭合时，第三电阻R3的电流为500uA，功率管的尺寸是W/L=500um/0.5um，所述LDO电路的负载能力是12mA，要求当负载电流Iload变化时，所述LDO电路输出电压最小为1.35V。当负载端赋予一个从1uA阶跃到12mA的电流时，所述LDO电路的输出电压下降到1.37V，下降了Vdip1等于130mv，满足系统指标要求。而用常用的LDO电路，见图1的结构，该常用的LDO电路输出电压下降到1.30V，下降了Vdip等于200mv，不满足系统指标要求。从理论和实际仿真都能够证明本发明提供的瞬态增强型LDO电路结构能够简单有效地提高所述LDO电路的瞬态响应速度。

[0027] 需要说明的是，上述实施方式仅以示意方式说明本发明的基本思路，与本发明中有关的组成电路而非按照实际实施时的组成电路数目、形状、器件排列方式、连接方式绘制。其实际实施时各电路的型态、数量、连接方式、器件排列方式、器件参数可为随意的改变。

[0028] 以上所述的实施例仅是本发明较佳的实施例而已，不能限制本发明技术方案的延伸。凡属本领域技术人员在本发明技术方案基础上所作的任何公知技术的修改、等同变化和显而易见的改换等，均应属于本发明的保护范围之内。