CN105892545A - 一种电压转换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压转换电路，包括无电阻基准电压源模块、误差放大器模块和无片外电容瞬态响应增强网络模块，电压信号Vin接入无片外电容瞬态响应增强网络模块的输入端，无片外电容瞬态响应增强网络模块的输出端连接误差放大器模块的输入端并输出电压信号Vout，基准电压源模块输出端连接误差放大器模块的输入端，误差放大器模块的输出端连接瞬态响应增强网络模块的输入端。本发明提供了一种无片外电容的电压转换器，在达到***的良好的瞬态效应同时减小了芯片的面积。同时，该设计方案发明了一种无需电阻的带隙基准电压源，节省了版图面积，避免了大电阻在芯片内很难完成的问题，极大降低了芯片的成本。

Description

一种电压转换电路

技术领域

本发明涉及电压转换领域，具体涉及一种电压转换电路。

背景技术

随着便携式电子产品的快速发展，电源管理的重要性越来越明显。目前市场上的电源管理芯片大多数是采用体硅CMOS技术实现的，但随着集成电路特征尺寸的不断缩小，在半导体材料技术、器件理论、器件结构以及器件制造工艺方面出现了一系列新的问题，这使得深亚微米硅集成电路的可靠性、功耗以及电路的性价比受到很大的影响，而SOI技术克服了体硅器件的不足，充分发挥了硅集成电路技术的潜力，同时LDO线性稳压器的出现也使芯片面积更小，电路结构更简单更方便进行片上集成，近年来，考虑到LDO容易进行片上集成的特点，从芯片的功耗、成本、面积等方面来考虑，如何设计出高性能的LDO已经成为电源管理领域的一个热点，这也将大大的推动LDO的发展。

发明内容

本发明的目的就是提供一种电压转换电路，其可有效的解决上述问题，实现***的良好的瞬态响应和保证***在全负载范围内的稳定，同时减小了版图面积和节约芯片成本。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电压转换电路，其特征在于：包括无电阻基准电压源模块、误差放大器模块和无片外电容瞬态响应增强网络模块，电压信号Vin接入无片外电容瞬态响应增强网络模块的输入端，无片外电容瞬态响应增强网络模块的输出端连接误差放大器模块的输入端并输出电压信号Vout，基准电压源模块输出端连接误差放大器模块的输入端，误差放大器模块的输出端连接瞬态响应增强网络模块的输入端。

进一步的方案为：跨阻放大器为放大器CA，误差放大器模块包括放大器EA，反馈晶体管为晶体管Mf，LDO线性稳压器还包括晶体管Mp、电阻R1、R2、电容Cf、片外电流源Io和片外电容Co，晶体管Mp的发射极连接电压信号Vin，晶体管Mp的基极连接放大器CA的输出端，基准电压源模块输出的基准电压信号Vref接入放大器EA的反向输入端，电压信号Vout分别连接片外电流源Io和片外电容Co的一端，片外电流源Io和片外电容Co的另一端均接地，电阻R1一端分别连接晶体管Mp的漏极、电容Cf的一端以及电压信号Vout，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和放大器EA的同向输入端，电阻R2的另一端接地，电容Cf的另一端连接放大器CA的输入端，放大器CA的输出端连接晶体管Mf的基极，放大器CA的输入、输出端用一个电感相连接，晶体管Mf的发射极接地；晶体管Mf的集电极分别连接放大器EA的输出端、电容Cg的一端以及晶体管Mp的基极，电容Cg的另一端接地。

基准电压源模块包括晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6、Ms0、Ms1、Ms3、Ms4、M22、M23、M24、M25、M32、M33、M34、M35，VDD连接晶体管Ms0、Ms1、M22、M23、M24、M25的漏极，晶体管Ms1的栅源短接，晶体管Ms1的源极连接晶体管M32的漏极，M32的源极分别连接着晶体管MS0的栅极和Ms3的漏极，M32的栅极分别连接MS0的栅极和Ms3的栅极，晶体管Ms3的源极分别连接着晶体管Ms4的漏极和栅极，晶体管Ms4的源极接地；晶体管M25的栅极分别连接晶体管M23、M24、M22的栅极，晶体管M25的源极分别连接着自身的栅极和晶体管M35的漏极；晶体管M35栅极分别连接晶体M33的栅极、晶体管MS0、M32的源极以及晶体管M34的栅极；晶体管M35的源极分别连接二极管VD1的正极和晶体管M3的栅极，二极管VD1的负极接地；晶体管M23的源极连接晶体管M33的漏极，晶体管M33的源极分别连接晶体管M3、M4的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M24的源极连接晶体管M34的漏极，晶体管M34的漏栅短接，晶体管M34源极分别连接晶体管M4、M2的栅极以及二极管VD2的正极，二极管VD2的负极接地；晶体管M4的源极连接晶体管M6的漏极，晶体管M7的栅漏短接，晶体管M6的源极接地，晶体管M2的源极接地，晶体管M22的源极连接晶体管M32的漏极，晶体管M32的源极分别连接晶体管M2、M1的漏极，晶体管M2的源极接地，晶体管M1的栅源短接，晶体管M1的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5的栅极连接M6的栅极，晶体管M5的源极接地。

电压信号Vout从晶体管M5的漏极引出，晶体管M1的宽长(管长)是晶体管M3的A倍，晶体管M2的宽长(管长)是晶体管M4的B倍，晶体管M6的宽长(管长)是晶体管M5的G倍，通过调整A、B、G、的值的大小，可以改变各个电压的权重。上述技术方案中提供的摩擦电磁离合器综合性能检测***，其可实现摩擦电磁离合器的快速夹装，实现快速对摩擦电磁离合器进行静摩擦力矩测量、动摩擦力矩测量、空转力矩的测量、磨合实验以及疲劳实验。

LDO通过一个跨阻放大器和一个反馈晶体管构成瞬态响应增强网络，放大反馈电流进而增大等效电容形成无电容设计，无需电阻的带隙基准电压源通过调整电路中对应晶体管的宽长比，进而来调整正、负电压系数电压的权重系数，免去电阻调节正负温度系数电压的步骤。

本发明与现有技术相比，提出了一种无片外电容的电压转换器，在达到***的良好的瞬态效应同时减小了芯片的面积。同时，该设计方案发明了一种无需电阻的带隙基准电压源，节省了版图面积，避免了大电阻在芯片内很难完成的问题，极大降低了芯片的成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为无片外瞬态响应增强网络模块的结构示意图；

图3为基准电压源模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的LDO技术方案如图1所示，它主要由基准电压源、误差放大器、功率调整以及反馈网络等几部分所构成，其工作原理是：电路在误差放大器稳定时，从电阻反馈网络反馈回来的电压FB与基准电压Vref相等，输出电压维持在适当的共模输出电平上；当输出电压由于负载或者其他关系上升时，反馈电压FB也会随之上升，误差放大器的输出电压就会上升，即功率导通管的栅极电压上升，这样处于饱和区工作的导通管的栅源电压就有所下降，致使导通管的漏极电流下降，最终导致FB回落到稳定值；而当反馈电压随着输出电压的下降而下降时，误差放大器的输出电压就下降，即功率导通管的栅极电压下降，这样处于饱和区工作的栅源电压就上升，间接使得电流增大，最终导致FB上升从而使输出电压达到稳定值。

无片外电容的LDO线性稳压器，通过使用一个跨阻放大器和一个反馈晶体管构成瞬态响应增强网络，放大反馈电流进而增大等效电容，改变阻尼因子数值来改善主极点以保证***的稳定，最终功率调整管栅电容的充电电流得以增大，负载变化响应时间得以缩小，达到了免去大电容的同时也能增强瞬态响应的目的。无需电阻的带隙基准电压源抛开传统的电阻调节正负温度系数电压的权重方法，先得出电路的基准电压，通过调整电路中对应的晶体管的宽长比来调整正负系数电压的权重，使基准电压输出与温度无关，然后取样信号与基准电压通过误差放大器进行误差放大来调整导通管的栅极电压，从而调节输出电压。同时增加了由二极管构成的启动电路保证电路的可靠性，采用共源共栅结构的电流源提高了输出电阻和电源抑制比，实现无电阻设计减小芯片面积。

图2为无片外电容的LDO线性稳压器原理图，Vin和Vout为LDO稳压器的输入输出信号，Vref为基准电压信号，Vin连接Mp功率调整晶体管的发射极，Vref连接误差放大器EA的反向输入端，Vout连接片外电流源Io和片外电容Co的一端，片外电流源Io和片外电容Co的另一端接地，电阻R1一端连接晶体管Mp的集电极和Cf电容的一端以及输出Vout,电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和误差放大器EA的同向输入端，电阻R2的另一端接地，电容Cf的另一端连接跨阻放大器CA的输入端，跨阻放大器的输出端连接反馈晶体管Mf的基极，其中跨阻放大器的输入输出断用一个电感相接，反馈晶体管Mf的发射极接地,集电极连接运算放大器EA的输出端，电容Cg的一端，晶体管Mp的基极，电容Cg的另一端接地。

图3为LDO内无电阻的带隙基准电压源原理图，该电路增加了启动电路，由Ms0--Ms4所组成，VDD连接晶体管Ms1、M25、M23、M24、M22、Ms0的漏极，晶体管Ms1栅源短接，其源极连接晶体管M32的漏极，晶体管M32的源极连接着晶体管MS0的栅极和Ms3的漏极，晶体管M32的栅极连接MS0的栅极和Ms3的栅极，晶体管Ms3的源极连接着晶体管Ms4的漏极和栅极，晶体管Ms4的源极接地，晶体管M25的栅极连接晶体管M23、M24、M22的栅极，晶体管M25的源极连接着自身的栅极和晶体管M35的漏极，晶体管M35栅极连接M33的栅极和MS0、M32的源极以及M34的栅极，晶体管M35的源极连接二极管VD1的正极和晶体管M3的栅极，二极管VD1的负极接地，晶体管M23的源极连接M33的漏极，晶体管M33的源极连接晶体管M3、M4的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M24的源极连接晶体管M34的漏极，晶体管M34漏栅短接，其源极连接M4、M2的栅极和二极管VD2的正极，VD2的负极接地，晶体管M4的源极连接晶体管M6的漏极，晶体管M6栅漏短接，其源极接地，晶体管M2的源极接地，晶体管M22的源极连接着晶体管M32的漏极，晶体管M32的源极连接晶体管M2、M1的漏极，晶体管M2的源极接地，晶体管M1栅源短接，其源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5的栅极连接M6的栅极，其源极接地，Vout从M5的漏极引出，晶体管M1管和M2管的宽长比分别是M3和M4管的A倍，并且M6管是M5管的G倍，通过调整A、B、G的值的大小，可以改变各个电压的权重。

总之，本发明可有效的节省了版图面积，使***具有较高的稳定性，避免了大电容和大电阻在芯片内很难完成的问题，大大降低了芯片的成本，实现了一个高效可行的电压转换电路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种电压转换电路，其特征在于：包括无电阻基准电压源模块、误差放大器模块和无片外电容瞬态响应增强网络模块，电压信号Vin接入无片外电容瞬态响应增强网络模块的输入端，无片外电容瞬态响应增强网络模块的输出端连接误差放大器模块的输入端并输出电压信号Vout，基准电压源模块输出端连接误差放大器模块的输入端，误差放大器模块的输出端连接瞬态响应增强网络模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于：跨阻放大器为放大器CA，误差放大器模块包括放大器EA，反馈晶体管为晶体管Mf，LDO线性稳压器还包括晶体管Mp、电阻R1、R2、电容Cf、片外电流源Io和片外电容Co，晶体管Mp的源极连接电压信号Vin，晶体管Mp的栅极连接放大器CA的输出端，基准电压源模块输出的基准电压信号Vref接入放大器EA的反向输入端，电压信号Vout分别连接片外电流源Io和片外电容Co的一端，片外电流源Io和片外电容Co的另一端均接地，电阻R1一端分别连接晶体管Mp的漏极、电容Cf的一端以及电压信号Vout，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端和放大器EA的同向输入端，电阻R2的另一端接地，电容Cf的另一端连接放大器CA的输入端，放大器CA的输出端连接晶体管Mf的栅极，放大器CA的输入、输出端用一个电感相连接，晶体管Mf的源极接地；晶体管Mf的漏极分别连接放大器EA的输出端、电容Cg的一端以及晶体管Mp的栅极，电容Cg的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的电压转换电路，其特征在于：基准电压源模块包括晶体管Ms0、Ms1、M22、M23、M24、M25，VDD连接晶体管Ms0、Ms1、M22、M23、M24、M25的漏极，晶体管Ms1的栅源短接，晶体管Ms1的源极连接晶体管M32的漏极，M32的源极分别连接着晶体管MS0的栅极和Ms3的漏极，M32的栅极分别连接MS0的栅极和Ms3的栅极，晶体管Ms3的源极分别连接着晶体管Ms4的漏极和栅极，晶体管Ms4的源极接地；晶体管M25的栅极分别连接晶体管M23、M24、M22的栅极，晶体管M25的源极分别连接着自身的栅极和晶体管M35的漏极；晶体管M35栅极分别连接晶体M33的栅极、晶体管MS0、M32的源极以及晶体管M34的栅极；晶体管M35的源极分别连接二极管VD1的正极和晶体管M3的栅极，二极管VD1的负极接地；晶体管M23的源极连接晶体管M33的漏极，晶体管M33的源极分别连接晶体管M3、M4的漏极，晶体管M3的源极接地，晶体管M24的源极连接晶体管M34的漏极，晶体管M34的漏栅短接，晶体管M34源极分别连接晶体管M4、M2的栅极以及二极管VD2的正极，二极管VD2的负极接地；晶体管M4的源极连接晶体管M7的漏极，晶体管M7的栅漏短接，晶体管M7的源极接地，晶体管M2的源极接地，晶体管M22的源极连接晶体管M32的漏极，晶体管M32的源极分别连接晶体管M2、M1的漏极，晶体管M2的源极接地，晶体管M1的栅源短接，晶体管M1的源极连接晶体管M5的漏极，晶体管M5的栅极连接M7的栅极，晶体管M5的源极接地。