CN106249795A - 一种浮动输出的ldo电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种浮动输出的LDO电路，包括：运算放大器电路10和输出电路20。运算放大器电路10包括两个反向输入端和一个正向输入端。输出电路20连接到运算放大器电路10，用于为运算放大器电路10提供从输入到输出的反馈环路。本发明的实例中，运算放大器电路10的两个反向输入端不会同时输入进来，根据需要选择一个合适的输入，进而通过输出电路20产生一个浮动的输出电压。浮动输出的LDO电路可以让芯片工作更加节能、高效以及快速启动，相比传统LDO电路有更好的实际应用价值。

Description

一种浮动输出的LDO电路

技术领域

本发明涉及到集成电路开关电源技术领域，尤其是涉及一种浮动输出的LDO电路。

背景技术

如今，可移动电子设备已广泛应用到生活领域和工业领域之中，电源集成电路作为电子设备技术发展的前提已成为整个集成电路研究的热点。

移动设备从便携性角度考虑，需要电源的体积和质量相对较小。但移动设备又需要较好的续航性，这需要电源能量大，能长时间给设备供电。这两点要求电源同时具有小体积和高能量的特点，即电源要有很高的转换效率。线性低压差稳压电路(Low DropoutRegulator,LDO)是一种低功耗、低噪声且高电源抑制比的新一代集成电路稳压器，实现降压功能，得到输出电压VDD给芯片其它模块供电。

一般的线性低压差稳压电路是由输入产生一个稳定的电压给***其它模块供电，满足用户的要求。电源芯片工作中会遇到很多情况，比如欠压、过压、过温等恶劣情况。这种情况下如果让芯片继续工作会损坏芯片内部结构，降低芯片工作效率。传统LDO电路会停止工作，等到恶劣情况解除重新上电工作。但是随着集成电路的发展，以及应用的不同，浮动输出的LDO电路能够降低功耗和提高效率。针对不同模式下可以让芯片工作的更高效、节能，因而存在浮动输出的LDO电路的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种浮动输出的LDO电路，使得芯片工作更高效、节能，实现快速启动的同时又节省了功耗。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种浮动输出的LDO电路，其特征在于，包括：运算放大器电路，所述运算放大器电路包括正向输入端inp、反向输入端inn1、反向输入端inn2和输出端op_out，运算放大器电路的两个反向输入端inn1、inn2根据需要选择一个输入，并且所述运算放大器电路使所述正向输入端inp的电压和所述反向输入端的一端inn1、inn2的电压相等；输出电路，所述输出电路的输入端连接到所述运算放大器电路的输出端op_out，通过电阻分压得到输出电压VDD。其中输出电路的输出端VDD通过电阻R1与运算放大器电路的正向输入端inp连接在一起，用于为所述运算放大器电路提供从输入到输出的反馈环路，并实现输出电路的输出与运算放大器电路的输入形成线性跟随关系。

本发明的一个实例中，所述输出电路包括第一场效应管PM1、第二场效应管PM2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一负载电容C1，其中：所述第一场效应管PM1的源极连接到电源Vin，所述第一场效应管PM1的栅极和漏级连接到一起构成二极管连接方式，连接到第三电阻R3的一端；所述第三电阻R3的另一端连接到所述运算放大器电路的输出端op_out和所述输出电路的第二场效应管PM2的栅极；所述第二场效应管PM2的源端连接到电源Vin,所述第二场效应管PM2的栅端连接到所述运算放大器电路的输出端op_out，所述第二场效应管PM2的漏端连接到所述第一电阻R1和第一负载电容C1的公共端成为输出端VDD；所述第一电阻R1和第二电阻R2串联，所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接端接到所述运算放大器电路的正向输入端inp；所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一负载电容C1的另一端接地。

本发明的一个实例中，所述运算放大器电路包括第三场效应管PM3、第四场效应管PM4、第五场效应管PM5、第六场效应管PM6、第七场效应管NM1、第八场效应管NM2、第九场效应管NM3、第十场效应管NM4，其中：所述第三场效应管PM3的栅极和第四场效应管PM4的栅极连接在一起，所述第三场效应管PM3的源极连接到电源Vin，所述第三场效应管PM3的漏极接到所述第五场效应管PM5的源极，并且连接到所述运算放大器电路的输出端op_out；所述第四场效应管PM4的源极接到高电位端Vin，所述第四场效应管PM4的栅极和漏级接在一起连接到所述第六场效应管PM6的源极；所述第五场效应管PM5的栅极和第六场效应管PM6的栅极连接在一起，外接到一个偏置电位pbias,所述第五场效应管PM5的漏极接到所述第七场效应管NM1的漏极和第八场效应管NM2的漏极；所述第六场效应管PM6的漏极接到所述第九场效应管NM3的漏极；所述第七场效应管NM1的栅极接到所述运算放大器电路的反向输入端inn1，所述第七场效应管NM1的源极和第八场效应管NM2的源极、第九场效应管NM3的源极连接到一起，接到所述第十场效应管NM4的漏极；所述第八场效应管NM2的栅极接到所述运算放大器电路的反向输入端inn2；所述第九场效应管NM3的栅极接到所述运算放大器电路的正向输入端inp；所述第十场效应管NM4的栅极外接到一个偏置电位nbias,所述第十场效应管NM4的源极接地。

本发明的实例中，运算放大器电路的两个反向输入端不会同时输入进来，根据输出需要选择一个合适的输入，进而通过输出电路产生一个浮动的输出电压。运算放大电路通过反馈回路使得正向输入端inp的电压和反向输入端的一端inn1、inn2的电压相等。通过电阻分压产生输出电压VDD，且输出电压VDD与运算放大器电路的输入形成线性跟随关系。浮动输出的LDO电路可以让芯片工作更加节能、高效以及快速启动，相比传统LDO电路有更好的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的浮动输出的LDO电路的结构示意图。

图2是本发明实施例的运算放大器电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的浮动输出的LDO电路具体结构。

图1为本发明一个实施例的浮动输出的LDO电路的结构示意图。

如图1所示，本发明一些实施例中，一种浮动输出的LDO电路包括运算放大器电路10输出电路20。

运算放大器电路10包括正向输入端inp、反向输入端inn1、反向输入端inn2和输出端op_out，运算放大器电路的两个反向输入端inn1、inn2根据需要选择一个输入，并且所述运算放大器电路10使所述正向输入端inp的电压和所述反向输入端的一端inn1、inn2的电压相等(例如，近似相等，本文中，当谈及电压相等时，不严格限制电压必须完全相等，而是两个电压之间的差在一定误差范围内时仍然包含在本文中的“相等”范围内)；输出电路20，所述输出电路20的输入端连接到所述运算放大器电路10的输出端op_out，通过电阻分压得到输出电压VDD。其中输出电路20的输出端VDD通过电阻R1与运算放大器电路10的正向输入端inp连接在一起，用于为所述运算放大器电路10提供从输入到输出的反馈环路，并实现输出电路20的输出与运算放大器电路10的输入形成线性跟随关系。

如图1所示，本发明的一些实施例中，输出电路20包括第一场效应管PM1、第二场效应管PM2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一负载电容C1，其中：所述第一场效应管PM1的源极连接到电源Vin，所述第一场效应管PM1的栅极和漏级连接到一起构成二极管连接方式，连接到第三电阻R3的一端；所述第三电阻R3的另一端连接到所述运算放大器电路10的输出端op_out和所述输出电路20的第二场效应管PM2的栅极；所述第二场效应管PM2的源端连接到电源Vin，所述第二场效应管PM2的栅端连接到所述运算放大器电路10的输出端op_out，所述第二场效应管PM2的漏端连接到所述第一电阻R1和第一负载电容C1的公共端成为输出端VDD；所述第一电阻R1和第二电阻R2串联，所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接端接到所述运算放大器电路10的正向输入端inp；所述第二电阻R2的另一端接地；所述第一负载电容C1的另一端接地。

在这些实施例中，R1和R2的阻值比例可以任意调节，得到所需要的VDD。第二场效应管PM2的漏端会走很大的电流，因此第二场效应管PM2的宽长比要很大。第一场效应管PM1和第三电阻R3两端的压差(Vin—op_out)为第二场效应管PM2的源极—栅极之差Vgs1,设置第一场效应管PM1的宽长比和第三电阻R3的阻值可以让第二场效应管PM2工作在饱和区。

如图2所示，本发明的一些实例中，运算放大器电路10包括第三场效应管PM3、第四场效应管PM4、第五场效应管PM5、第六场效应管PM6、第七场效应管NM1、第八场效应管NM2、第九场效应管NM3、第十场效应管NM4，其中：所述第三场效应管PM3的栅极和第四场效应管PM4的栅极连接在一起，所述第三场效应管PM3的源极连接到电源Vin，所述第三场效应管PM3的漏极接到所述第五场效应管PM5的源极，并且连接到所述运算放大器电路10的输出端op_out；所述第四场效应管PM4的源极连接到电源Vin，所述第四场效应管PM4的栅极和漏级接到一起连接到所述第六场效应管PM6的源极；所述第五场效应管PM5的栅极和第六场效应管PM6的栅极连接在一起，外接到一个偏置电位pbias,所述第五场效应管PM5的漏极接到所述第七场效应管NM1的漏极和第八场效应管NM2的漏极；所述第六场效应管PM6的漏极接到所述第九场效应管NM3的漏极；所述第七场效应管NM1的栅极接到所述运算放大器电路10的反向输入端inn1，所述第七场效应管NM1的源极和第八场效应管NM2的源极、第九场效应管NM3的源极连接到一起，接到所述第十场效应管NM4的漏极；所述第八场效应管NM2的栅极接到所述运算放大器电路10的反向输入端inn2；所述第九场效应管NM3的栅极接到所述运算放大器电路10的正向输入端inp；所述第十场效应管NM4的栅极外接到一个偏置电位nbias,所述第十场效应管NM4的源极接地。

本发明的实例中，运算放大器电路10中的两个偏置电位由普通的偏置电路产生就不在赘述。第七场效应管NM1、第八场效应管NM2不会同时工作，根据栅极输入决定。因为输出电路20提供了反馈回路，使得运算放大器电路10满足虚短条件，即运算放大器电路10工作在负反馈环路中且开环增益很大，从而实现运算放大器电路10的正相输入端和反向输入端的电压相等，同时也使***处于稳定状态。

本发明的实例中，运算放大器电路10的两个反向输入端不会同时输入进来，根据需要选择一个合适的输入，进而通过输出电路20产生一个浮动的输出电压。浮动输出的LDO电路可以让芯片工作更加节能、高效以及快速启动，相比传统LDO电路有更好的实际应用价值。

下面简要说明本发明实施例的电路的工作原理。

例如，图1所示的实施例中，当芯片开始上电时，产生一个较低的inn1输入，由运算放大器电路10的正相输入端和反向输入端的电压相等以及电阻分压关系，产生一个稳压输出VDD1，即：

$VDD1=(1+\frac{R1}{R2})\×inp---\left(1\right)$

其中，此时运算放大器电路10的正相输入端inp的电压与反向输入端inn1的电压相等。

当VDD1稳定以后，可以驱动***一些其它模块进行工作，比如带隙基准模块。这时候会产生一个较高的inn2输入，由运算放大器电路10的正相输入端和反向输入端的电压相等以及电阻分压关系，产生一个新的稳压输出VDD2，即：

$VDD2=(1+\frac{R1}{R2})\×inp---\left(1\right)$

其中，此时运算放大器电路10的正相输入端inp的电压与反向输入端inn2的电压相等。

当芯片正常工作时，LDO电路输出VDD2，给芯片模块供电；当芯片突然发生一些非正常情况时，LDO电路切换到输出VDD1，维持芯片一些模块工作，但又不完全关闭整个芯片；等到非正常情况解除之后，芯片可以在VDD1的作用下快速启动，LDO电路切换到输出VDD2。这样浮动输出的LDO电路可以使得芯片工作的更加高效、节能，既不影响芯片正常工作，又可以让芯片排除非正常情况后快速启动。

可见本发明的实施例对于芯片的工作方式进行了一个很好的优化，既保证了正常的稳压输出，又实现了快速启动的功能，因而具有很大的实际应用价值。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (3)

1.一种浮动输出的LDO电路，其特征在于，包括：

运算放大器电路（10）：运算放大器电路（10）包括正向输入端inp、反向输入端inn1、反向输入端inn2和输出端op_out，运算放大器电路的两个反向输入端inn1、inn2根据需要选择一个输入，并且所述运算放大器电路（10）使所述正向输入端inp的电压和所述反向输入端的一端inn1、inn2的电压相等；

输出电路（20）：输出电路（20）的输入端连接到所述运算放大器电路（10）的输出端op_out，通过电阻分压得到输出电压VDD；

其中输出电路（20）的输出端VDD通过电阻R1与运算放大器电路（10）的正向输入端inp连接在一起，用于为所述运算放大器电路（10）提供从输入到输出的反馈环路。

2.如权利要求1所述的一种浮动输出的LDO电路，其特征在于，所述输出电路（20）包括第一场效应管PM1、第二场效应管PM2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一负载电容C1，其中：

所述第一场效应管PM1的源极连接到电源Vin，所述第一场效应管PM1的栅极和漏级连接到一起构成二极管连接方式，连接到第三电阻R3的一端；

所述第三电阻R3的另一端连接到所述运算放大器电路（10）的输出端op_out和所述输出电路（20）的第二场效应管PM2的栅极；

所述第二场效应管PM2的源端连接到电源Vin, 所述第二场效应管PM2的栅端连接到所述运算放大器电路（10）的输出端op_out，所述第二场效应管PM2的漏端连接到所述第一电阻R1和第一负载电容C1的公共端成为输出端VDD；

所述第一电阻R1和第二电阻R2串联，所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接端接到所述运算放大器电路（10）的正向输入端inp；

所述第二电阻R2的另一端接地；

所述第一负载电容C1的另一端接地。

3.如权利要求1或2中任意所述的一种浮动输出的LDO电路，其特征在于，所述运算放大器电路（10）包括第三场效应管PM3、第四场效应管PM4、第五场效应管PM5、第六场效应管PM6、第七场效应管NM1、第八场效应管NM2、第九场效应管NM3、第十场效应管NM4，其中：

所述第三场效应管PM3的栅极和第四场效应管PM4的栅极连接在一起，所述第三场效应管PM3的源极接到电源Vin，所述第三场效应管PM3的漏极接到所述第五场效应管PM5的源极，并且连接到所述运算放大器电路（10）的输出端op_out；

所述第四场效应管PM4的源极接到电源Vin，所述第四场效应管PM4的栅极和漏级接到一起连接到所述第六场效应管PM6的源极；

所述第五场效应管PM5的栅极和第六场效应管PM6的栅极连接在一起，外接到一个偏置电位pbias, 所述第五场效应管PM5的漏极接到所述第七场效应管NM1的漏极和第八场效应管NM2的漏极；

所述第六场效应管PM6的漏极接到所述第九场效应管NM3的漏极；

所述第七场效应管NM1的栅极接到所述运算放大器电路（10）的反向输入端inn1，所述第七场效应管NM1的源极和第八场效应管NM2的源极、第九场效应管NM3的源极连接到一起，接到所述第十场效应管NM4的漏极；

所述第八场效应管NM2的栅极接到所述运算放大器电路（10）的反向输入端inn2；

所述第九场效应管NM3的栅极接到所述运算放大器电路（10）的正向输入端inp；

所述第十场效应管NM4的栅极外接到一个偏置电位nbias, 所述第十场效应管NM4的源极接地。