CN103838290B - Ldo电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LDO电路，所述LDO电路包括：差分放大器、功率输出PMOS晶体管、电流镜单元、第一电阻和第二电阻；其中，所述第一电阻和第二电阻串联于所述功率输出PMOS晶体管的漏极与地之间，所述差分放大器的正向输入端连接于所述第一电阻和第二电阻之间，所述电流镜单元和所述功率输出PMOS晶体管的栅极均与所述差分放大器的输出端连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻之间形成第二节点，所述第二节点与所述LDO电路的输出端连接。在本发明提供的LDO电路中，通过增加电流镜单元使得所述LDO电路在负载电流变化时零点能够与第二极点同向移动，由此保证所述LDO电路的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及线性稳压器技术领域，特别涉及一种LDO电路。
背景技术
低压差线性稳压器（lowdropoutregulator，简称LDO）能够产生经过调节的输出电压为芯片提供电源，目前广泛应用于***级芯片(System-on-a-Chip，简称SoC)中。低压差线性稳压器根据其是否需要旁路电容可以分为普通型LDO电路和无电容型LDO电路（capacitorlessLDO），普通型LDO电路一般需要一个或两个旁路电容，而无电容型LDO电路一般不需要旁路电容。传统的capacitorlessLDO电路一般由差分放大器、功率MOS管和电阻等部分组成，差分放大器、功率MOS管和电阻组成的反馈回路用来保持输出电压的稳定。通常的，传统的LDO电路还包括用于实现补偿效果的补偿电阻和密勒电容以保证LDO电路的稳定性。
请参考图1，其为现有技术的capacitorlessLDO电路的结构示意图。如图1所示，现有的capacitorlessLDO电路100包括差分放大器A1、功率输出PMOS晶体管mp10、补偿电阻Rm1、密勒电容Cc1、反馈电阻R11和R12，其中，功率输出PMOS晶体管mp10的源极与电源电压VDD连接，反馈电阻R11和R12串联在功率输出PMOS晶体管mp10的漏极与地之间，差分放大器A1的反向输入端连接一参考电压Vref，差分放大器A1的正向输入端连接于所述反馈电阻R11和R12之间，差分放大器A1的输出端与功率输出PMOS晶体管mp10的栅极连接，功率输出PMOS晶体管mp10的漏极与反馈电阻R11连接，功率输出PMOS晶体管mp10的漏极与反馈电阻R11之间形成第二节点N2，补偿电阻Rm1和密勒电容Cc1相互串联并位于所述第二节点N2与差分放大器A1的输出端之间，所述第二节点N2与所述capacitorlessLDO电路100的输出端连接，所述capacitorlessLDO电路100的输出端通常与一负载电容CL1连接，所述负载电容CL1的电容量可以为0。
所述capacitorlessLDO电路100的工作原理如下：capacitorlessLDO电路100根据输入的参考电压Vref产生输出电压VOUT，输出电压VOUT经过反馈电阻R11和R12分压之后为差分放大器A1的同向输入端提供反馈电压VFB，所述反馈电压VFB的表达式为：
VFB=〔R12÷（R11＋R12）〕×VOUT；
差分放大器A1将参考电压Vref和反馈电压VFB进行比较得到差值ΔV并将差值ΔV放大后得到ΔVmax，ΔVmax用于驱动所述功率输出PMOS晶体管mp10的栅极，从而改变通过功率输出PMOS晶体管mp10的电流，使得参考电压Vref与反馈电压VFB近似相等，进而使得输出电压VOUT的电压值趋于恒定。
然而，所述capacitorlessLDO电路100在应用过程中发现，当负载电流发生比较大的变化时其性能不稳定。所述capacitorlessLDO电路100性能不稳定的原因在于，负载电流发生比较大的变化时所述capacitorlessLDO电路100的零点没有随着第二极点同向移动，由于零点没能很好的跟踪第二极点的变化，因此对于稳定性造成了不良影响。如图1所示，当负载电流发生比较大的变化第二极点将由低频移动到高频，而所述capacitorlessLDO电路100的零点并没有发生变化，因此，第二极点由低频转移到高频使得所述capacitorlessLDO电路100的稳定性变差。若负载电流在瞬间急剧增大，会直接影响所述capacitorlessLDO电路100的正常工作。
因此，如何解决现有的capacitorlessLDO电路在负载电流急剧变化时性能不稳定的问题成为当前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LDO电路，以解决现有的capacitorlessLDO电路在负载电流急剧变化时性能不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种LDO电路，所述LDO电路包括：差分放大器、功率输出PMOS晶体管、电流镜单元、第一电阻和第二电阻；
其中，所述第一电阻和第二电阻串联于所述功率输出PMOS晶体管的漏极与地之间，所述差分放大器的正向输入端连接于所述第一电阻和第二电阻之间，所述电流镜单元和所述功率输出PMOS晶体管的栅极均与所述差分放大器的输出端连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻之间形成第二节点，所述第二节点与所述LDO电路的输出端连接。
优选的，在所述的LDO电路中，所述电流镜单元包括第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管、第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管；
所述第一PMOS晶体管、第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管的栅极与所述第三PMOS晶体管和第五NMOS晶体管的漏极均与所述差分放大器的输出端连接，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的栅极以及所述第一NMOS晶体管的漏极均与所述第一PMOS晶体管的漏极连接，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的源极均接地，所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的栅极以及所述第二PMOS晶体管的漏极均与所述第四NMOS晶体管的漏极连接，所述第二NMOS晶体管的漏极与所述第四NMOS晶体管的源极连接，所述第三NMOS晶体管的漏极与所述第五NMOS晶体管的源极连接。
优选的，在所述的LDO电路中，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的尺寸均相等。
优选的，在所述的LDO电路中，所述第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管的尺寸相等，所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的尺寸相等。
优选的，在所述的LDO电路中，还包括：补偿电阻和密勒电容；
所述补偿电阻和密勒电容串联并位于所述第二节点与所述差分放大器的输出端之间；
所述功率输出PMOS晶体管的栅极与所述补偿电阻之间形成第一节点。
优选的，在所述的LDO电路中，所述补偿电阻与所述第五NMOS晶体管并联。
优选的，在所述的LDO电路中，所述差分放大器的反向输入端连接一参考电压，所述功率输出PMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的源极均与一电源电压连接。
优选的，在所述的LDO电路中，所述LDO电路为无电容型LDO电路。
在本发明提供的LDO电路中，通过增加电流镜单元使得所述LDO电路在负载电流变化时零点能够与第二极点同向移动，由此保证所述LDO电路的稳定性。
附图说明
图1是现有技术的capacitorlessLDO电路的结构示意图；
图2是本发明实施例的LDO电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LDO电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2，其为本发明实施例的LDO电路的结构示意图。如图2所示，所述LDO电路200包括：差分放大器A2、功率输出PMOS晶体管mp20、电流镜单元20、第一电阻R21和第二电阻R22，其中，所述第一电阻R21和第二电阻R22串联于所述功率输出PMOS晶体管mp20的漏极与地之间，所述差分放大器A2的正向输入端连接于所述第一电阻R21和第二电阻R22之间，所述电流镜单元20和所述功率输出PMOS晶体管mp20的栅极均与所述差分放大器A2的输出端连接，所述功率输出PMOS晶体管mp20的漏极与所述第一电阻R21连接，所述功率输出PMOS晶体管mp20的漏极与所述第一电阻R21之间形成第二节点Q2，所述第二节点Q2与所述LDO电路200的输出端连接。
具体的，所述电流镜单元20包括5个NMOS晶体管和3个PMOS晶体管，在所述5个NMOS晶体管和3个PMOS晶体管中，第一PMOS晶体管mp1、第四NMOS晶体管mn4和第五NMOS晶体管mn5的栅极与第三PMOS晶体管mp3和第五NMOS晶体管mn5的漏极均与所述差分放大器A2的输出端连接，第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管mn3的栅极以及第一NMOS晶体管mn1的漏极均与第一PMOS晶体管mp1的漏极连接，第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管mn3的源极均接地，第二PMOS晶体管mp2和第三PMOS晶体管mp3的栅极以及第二PMOS晶体管mp2的漏极均与第四NMOS晶体管mn4的漏极连接，第二NMOS晶体管mn2的漏极与第四NMOS晶体管mn4的源极连接，第三NMOS晶体管mn3的漏极和第五NMOS晶体管mn5的源极连接。
所述电流镜单元20包括参考支路、第一输出支路和第二输出支路，所述参考支路包括第一NMOS晶体管mn1和第一PMOS晶体管mp1，第一输出支路包括第二PMOS晶体管mp2、第二NMOS晶体管mn2和第四NMOS晶体管mn4，第二输出支路包括第三PMOS晶体管mp3、第三NMOS晶体管mn3和第五NMOS晶体管mn5。
其中，第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管mn3的尺寸均相等，第四NMOS晶体管mn4和第五NMOS晶体管mn5的尺寸相等，第二PMOS晶体管mp2和第三PMOS晶体管mp3的尺寸相等。可见，所述电流镜单元20中第一输出支路和第二输出支路结构对称。
由于第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管mn3的栅极相连，第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管的栅极电压相同，同时由于第一NMOS晶体管mn1、第二NMOS晶体管mn2和第三NMOS晶体管mn3的尺寸相同，因此第一电流I1、第二电流I2和第三电流I3相等。
请继续参考图2，所述LDO电路200还包括补偿电阻Rm2和密勒电容Cc2，所述补偿电阻Rm2和密勒电容Cc2相互串联，功率输出PMOS晶体管mp20的栅极与补偿电阻Rm2之间形成第一节点Q1，功率输出PMOS晶体管mp20的漏极与第一电阻R21之间形成第二节点Q2，所述补偿电阻Rm2和密勒电容Cc2位于所述第二节点Q2与差分放大器A2的输出端之间。其中，所述补偿电阻Rm2与第五NMOS晶体管mn5并联。
本实施例中，所述LDO电路200为无电容型LDO电路（capacitorlessLDO），所述LDO电路200的输出端与一负载电容CL2连接，所述负载电容CL2的电容量可以为0。
所述LDO电路200工作时，差分放大器A2的反向输入端输入参考电压Vref，功率输出PMOS晶体管mp20、第一PMOS晶体管mp1、第二PMOS晶体管mp2和第三PMOS晶体管mp3的源极的均输入电源电压VDD。
所述LDO电路200的工作原理如下：LDO电路200根据参考电压Vref产生输出电压VOUT，输出电压VOUT经过第一电阻R21和第二电阻R22分压之后为差分放大器A2的同向输入端提供反馈电压VFB，反馈电压VFB的表达式为：
VFB=〔R22÷（R21＋R22）〕×VOUT；
差分放大器A2将参考电压Vref和反馈电压VFB进行比较得到差值ΔV并将差值ΔV放大后得到ΔVmax，ΔVmax用于驱动功率输出PMOS晶体管mp20的栅极，从而改变通过功率输出PMOS晶体管mp20的电流，使得参考电压Vref与反馈电压VFB近似相等，进而使得输出电压VOUT的电压值趋于恒定。
当所述LDO电路200的负载电流上升时，第二极点由低频移动到高频。与此同时，第一节点Q1的电压Vg下降，Vg下降使得第一PMOS晶体管mp1的栅极电压下降，由此使得所述电流镜单元20的第一电流I1增大，第二电流I2和第三电流I3也随之增大至与第一电流I1相等。第三电流I3增大，意味着第五NMOS晶体管mn5漏极到源极的电阻变小，补偿电阻Rm2与第五NMOS晶体管mn5并联电阻也随之变小。因此，所述LDO电路200的零点也向高频移动，零点与第二极点同向移动能够保证所述LDO电路200的稳定性。
综上，在本发明实施例提供的LDO电路中，通过增加电流镜单元使得所述LDO电路在负载电流变化时零点能够与第二极点同向移动，保证所述LDO电路在负载电流变化时也能够稳定工作，即使负载电流在瞬间急剧增大，也不会影响所述LDO电路的正常工作。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (7)
1.一种LDO电路，其特征在于，包括：差分放大器、功率输出PMOS晶体管、电流镜单元、第一电阻和第二电阻；
其中，所述第一电阻和第二电阻串联于所述功率输出PMOS晶体管的漏极与地之间，所述差分放大器的正向输入端连接于所述第一电阻和第二电阻之间，所述电流镜单元和所述功率输出PMOS晶体管的栅极均与所述差分放大器的输出端连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻连接，所述功率输出PMOS晶体管的漏极与所述第一电阻之间形成第二节点，所述第二节点与所述LDO电路的输出端连接；
所述电流镜单元包括第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管、第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管；所述第一PMOS晶体管、第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管的栅极与所述第三PMOS晶体管和第五NMOS晶体管的漏极均与所述差分放大器的输出端连接，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的栅极以及所述第一NMOS晶体管的漏极均与所述第一PMOS晶体管的漏极连接，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的源极均接地，所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的栅极以及所述第二PMOS晶体管的漏极均与所述第四NMOS晶体管的漏极连接，所述第二NMOS晶体管的漏极与所述第四NMOS晶体管的源极连接，所述第三NMOS晶体管的漏极与所述第五NMOS晶体管的源极连接；所述电流镜单元使得所述LDO电路在负载电流变化时零点能够与第二极点同向移动，保证所述LDO电路的稳定性。
2.如权利要求1所述的LDO电路，其特征在于，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的尺寸均相等。
3.如权利要求1所述的LDO电路，其特征在于，所述第四NMOS晶体管和第五NMOS晶体管的尺寸相等，所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的尺寸相等。
4.如权利要求1所述的LDO电路，其特征在于，还包括：补偿电阻和密勒电容；
所述补偿电阻和密勒电容串联并位于所述第二节点与所述差分放大器的输出端之间；
所述功率输出PMOS晶体管的栅极与所述补偿电阻之间形成第一节点。
5.如权利要求4所述的LDO电路，其特征在于，所述补偿电阻与所述第五NMOS晶体管并联。
6.如权利要求5所述的LDO电路，其特征在于，所述差分放大器的反向输入端连接一参考电压，所述功率输出PMOS晶体管、第一PMOS晶体管、第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体管的源极均与一电源电压连接。
7.如权利要求1所述的LDO电路，其特征在于，所述LDO电路为无电容型LDO电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |