CN110311561A - 一种基于boost型dcdc的宽输入电压低功耗的ldo供电*** - Google Patents

一种基于boost型dcdc的宽输入电压低功耗的ldo供电*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，具体公开了一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，包括供电模块、电流镜、下拉电路、反馈电路以及第一场效应管PM0；所述反馈电路的一端连接电流镜，反馈电路的另一端连接电源VCC，所述电流镜的另一端分别连接下拉电路、第一场效应管PM0的源极和栅极，所述第一场效应管PM0的源极连接供电模块，第一场效应管PM0的漏极连接反馈电路；本发明提供的供电模块作为LDO供电***的电源，下拉电路开启PM0管，电源VCC经过反馈电路实现稳定的芯片内部供电电压，本发明没有额外的启动电路、偏置电路和运算放大器，具有功耗低和精度高的特点，能够实现LDO***稳定输出电压的功能。

Description

一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***。
背景技术
随着可移动设备的快速发展和广泛应用，应用于可移动设备上的电源集成电路也进入了研究热潮。
现有技术中，公开号为CN2016107947660的发明专利公开了一种基于负载供电的升压电源LDO供电***，其***在开始上电时，芯片由VIN进行供电，启动电路给inn1提供偏置电压，偏置电流给运算放大器提供偏置，运算放大器选取inn1与inp作比较，其他模块还未启动，由运算放大器的虚短可知，产生稳定的VDD1；当VDD1稳定以后，启动其他模块，随后芯片输出VOUT缓慢上升到设定值，***切换到VOUT给芯片供电，此时运放选取inn2与inp作比较，产生一个新的稳定输出VDD2。其不足之处在于，***上电时，VIN通过场效应管PM1上拉场效应管PM2的栅极，使得场效应管PM2关断，VDD电压为0V，需要启动电路给inn1提供偏置电压下拉场效应管PM2的栅极，开启场效应管PM2，从而唤醒LDO供电***，即需要电流偏执模块给运算放大器提供偏置，以及需要启动电路唤醒LDO供电***，存在启动问题和待机功耗问题等，影响电源供电的稳定性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，没有额外的启动电路、偏置电路和运算放大器，具有功耗低和精度高的特点，能够实现LDO***稳定输出电压的功能。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：
一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，包括供电模块、电流镜、下拉电路、反馈电路以及第一场效应管PM0；
所述反馈电路的一端连接电流镜，反馈电路的另一端连接电源VCC，所述电流镜的另一端分别连接下拉电路、第一场效应管PM0的源极和栅极，所述第一场效应管PM0的源极连接供电模块，第一场效应管PM0的漏极连接反馈电路。
可选的，所述LDO供电***还包括钳位二极管D3，所述钳位二极管D3的一端连接第一场效应管PM0的栅极，钳位二极管D3的另一端连接第一场效应管PM0的源极，钳位二极管D3能够防止第一场效应管PM0的栅氧击穿。
可选的，所述LDO供电***还包括稳压二极管D4，所述稳压二极管D4的两端分别连接于反馈电路的两端，稳压二极管D4实现二次稳压保护防止芯片内部模块击穿。
可选的，所述供电模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1连接VIN，所述二极管D2连接VOUT，选择VIN或VOUT作为LDO供电***的电源。
可选的，所述电流镜包括第二场效应管PM1、第三场效应管PM2、第四场效应管NM1和第五场效应管NM2；所述第二场效应管PM1的栅极与第三场效应管PM2的栅极连接到一起后接到第四场效应管NM1的漏极；所述第二场效应管PM1的源极与第三场效应管PM2的源极连接到一起后接到供电模块；所述第二场效应管PM1的漏极连接所述第四场效应管NM1的漏极，所述第三场效应管PM2的漏极连接所述下拉电路；所述第四场效应管NM1的源极连接第五场效应管NM2的源极，所述第四场效应管NM1的栅极连接第五场效应管NM2的栅极。
可选的，所述反馈电路包括第五场效应管NM2、第六场效应管NM3、第七场效应管NM4、第八场效应管PM3和第九场效应管PM4；所述第五场效应管NM2的栅极和漏极共同连接第六场效应管NM3的源极，所述第六场效应管NM3的栅极和漏极共同连接第七场效应管NM4的源极，所述第七场效应管NM4的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的漏极，所述第九场效应管PM4的栅极连接第七场效应管NM4的栅极，所述第八场效应管PM3的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的源极，所述第八场效应管PM3的源极连接电源VCC。
可选的，所述下拉电路包括第十场效应管NM5和电阻R1，所述第十场效应管NM5的栅极和漏极共同连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端和第十场效应管NM5的源极分别连接电流镜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的供电模块作为LDO供电***的电源，下拉电路开启PM0管，电源VCC经过反馈电路实现稳定的芯片内部供电电压，本发明没有额外的启动电路、偏置电路和运算放大器，具有功耗低和精度高的特点，能够实现LDO***稳定输出电压的功能。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的LDO供电***的具体电路连接图。
图2为本发明实施例中提供的LDO供电***应用在芯片中的芯片内部框图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
例如，一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，包括供电模块、电流镜、下拉电路、反馈电路以及第一场效应管PM0；所述反馈电路的一端连接电流镜，反馈电路的另一端连接电源VCC，所述电流镜的另一端分别连接下拉电路、第一场效应管PM0的源极和栅极，所述第一场效应管PM0的源极连接供电模块，第一场效应管PM0的漏极连接反馈电路。
本实施例提供的供电模块作为LDO供电***的电源，下拉电路开启PM0管，电源VCC经过反馈电路实现稳定的芯片内部供电电压，本发明没有额外的启动电路、偏置电路和运算放大器，具有功耗低和精度高的特点，能够实现LDO***稳定输出电压的功能。
在一些实施例中，如图1所示，提供一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，包括供电模块、电流镜、下拉电路、反馈电路以及第一场效应管PM0；所述反馈电路的一端连接电流镜，反馈电路的另一端连接电源VCC，所述电流镜的另一端分别连接下拉电路、第一场效应管PM0的源极和栅极，所述第一场效应管PM0的源极连接供电模块，第一场效应管PM0的漏极连接反馈电路。
具体的，在该示例中，通过供电模块选取VIN或VOUT为LDO供电***提供供电电压，下拉电阻开启第一场效应管PM0唤醒LDO供电***，反馈电路检测VCC电压，通过电流镜调整第一场效应管PM0导通电阻稳定输出电压VOUT，结构简单，没有额外的启动电路、偏置电路以及运算放大器，具有功耗低以及精度高的优点，满足电源产品设计需求，不存在启动问题和待机功耗问题等因素的影响。
在一些实施例中，所述LDO供电***还包括钳位二极管D3，所述钳位二极管D3的一端连接第一场效应管PM0的栅极，钳位二极管D3的另一端连接第一场效应管PM0的源极，钳位二极管D3能够防止第一场效应管PM0的栅氧击穿。
在一些实施例中，所述LDO供电***还包括稳压二极管D4，所述稳压二极管D4的两端分别连接于反馈电路的两端，稳压二极管D4实现二次稳压保护防止芯片内部模块击穿。
在一些实施例中，所述供电模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1连接VIN，所述二极管D2连接VOUT，选择VIN或VOUT作为LDO供电***的电源。
在一些实施例中，所述电流镜包括第二场效应管PM1、第三场效应管PM2、第四场效应管NM1和第五场效应管NM2；所述第二场效应管PM1的栅极与第三场效应管PM2的栅极连接到一起后接到第四场效应管NM1的漏极；所述第二场效应管PM1的源极与第三场效应管PM2的源极连接到一起后接到供电模块；所述第二场效应管PM1的漏极连接所述第四场效应管NM1的漏极，所述第三场效应管PM2的漏极连接所述下拉电路；所述第四场效应管NM1的源极连接第五场效应管NM2的源极，所述第四场效应管NM1的栅极连接第五场效应管NM2的栅极。
反馈电路包括第五场效应管NM2、第六场效应管NM3、第七场效应管NM4、第八场效应管PM3和第九场效应管PM4；所述第五场效应管NM2的栅极和漏极共同连接第六场效应管NM3的源极，所述第六场效应管NM3的栅极和漏极共同连接第七场效应管NM4的源极，所述第七场效应管NM4的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的漏极，所述第九场效应管PM4的栅极连接第七场效应管NM4的栅极，所述第八场效应管PM3的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的源极，所述第八场效应管PM3的源极连接电源VCC。
下拉电路包括第十场效应管NM5和电阻R1，所述第十场效应管NM5的栅极和漏极共同连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端和第十场效应管NM5的源极分别连接电流镜。
在一些实施例中，如图2所示，所述LDO供电***应用在BOOST型DCDC芯片内部，为芯片提供稳定的供电电源VCC，外置电感L、内置HS管子组成BOOST型DCDC架构电路，LDO供电***接收输入电压VIN和输出电压VOUT产生稳定的芯片供电电源VCC。LDO供电***包括供电模块、下拉电路、钳位二极管D3、稳压二极管D4、反馈电路以及电流镜，供电模块选择VIN或VOUT作为LDO供电***的供电电源，下拉电路开启第一场效应管PM0，唤醒LDO供电***，钳位二极管D3防止第一场效应管PM0的栅氧击穿，VCC经过反馈电路实现稳定的芯片内部供电电压，稳压二极管D4实现二次稳压保护防止芯片内部模块击穿。具体工作原理为：***开始上电时，芯片由VIN供电，当VIN<VTHPM0+VTHNM5+VD1时，输入处于欠压状态，不会唤醒LDO模块，此时芯片供电电压VCC为0V，待机功耗为0uA；当 VTHPM0+VTHNM5+VD1<VIN<VTHPM3+VTHPM4+VTHNM2+VTHNM3+VTHNM4+VD1时，由电阻R1串联第十场效应管NM5组成的下拉电路开启第一场效应管PM0，此时，芯片供电电压VCC= VIN-VD1-VDS(PM0)，功耗为0uA；当VTHPM3+VTHPM4+VTHNM2+VTHNM3+VTHNM4+VD1<VIN时，下拉电路开启第一场效应管PM0，VCC缓慢上升，当VCC上升到VTHPM3+ VTHPM4+VTHNM2+VTHNM3+VTHNM4时，通过电流镜往下拉电路中的电阻R1注入电流，调节第一场效应管PM0的导通电阻，经过负反馈调节后，VCC最终稳定在VTHPM3+ VTHPM4+VTHNM2+VTHNM3+VTHNM4，功耗与电流镜、电阻R1的大小有关，约为几uA；当BOOST型DCDC稳定工作后，VOUT>VIN时，LDO供电***自动切换负载输出端VOUT供电，提高***工作效率。
其中，VTH为场效应管的阈值电压，约为0.7-1V；VDS为场效应管的漏极端电压，可以忽略；VD1为肖基特二极管的正向导通压降，约为0.3V；VZD3和VZD4为稳压二极管D4的反向击穿电压，约为5.8V。
具体实现方式为：所述供电模块接收输入电压VIN或负载输出VOUT作为LDO供电***的供电电压，包括二极管D1和D2，下拉电路接收VIN信号，当VIN>VTHPM0+VTHNM5时，下拉第一场效应管PM0的栅极端，开启第一场效应管PM0，从而唤醒LDO供电***。钳位二极管D3接收VIN信号，当VIN>VZD3+VNM5时，箝位VGSPM0=VZD3,防止PM0管子的栅氧击穿。反馈电路接收VCC信号，当VCC达到VTHPM3+ VTHPM4+VTHNM2+VTHNM3+VTHNM4时，通过电流镜产生反馈电流注入到电阻R1，调节第一场效应管PM0导通电阻，从而稳定芯片内部供电电压VCC。稳压二极管D4检测VCC信号，当VCC达到稳压二极管D4的反向击穿电压VZD4时，通过稳压二极管D4泄放电流，从而实现二次稳压保护和防止芯片内部模块击穿。
从上述可知，LDO供电***的输出电压VCC与PMOS管和NMOS管的阈值VTH有关，可通过合理的设计PMOS管和NMOS管的W/L尺寸，达到所有工艺角和温度情况下，VCC变化范围4V-6V，完全满足电源产品设计需求，同时，为了使VCC达到更高的精度要求，可以在电流镜并联修调电路，实现更高精度的输出电压VCC，本示例提供的LDO供电***没有额外的启动电路、偏置电路和运算放大器，具有功耗低以及精度高的特点，符合电源产品的设计需求，不存在启动问题和待机功耗问题等因素影响，实现LDO供电***稳定输出电压。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，包括供电模块、电流镜、下拉电路、反馈电路以及第一场效应管PM0；
所述反馈电路的一端连接电流镜，反馈电路的另一端连接电源VCC，所述电流镜的另一端分别连接下拉电路、第一场效应管PM0的源极和栅极，所述第一场效应管PM0的源极连接供电模块，第一场效应管PM0的漏极连接反馈电路。
2.根据权利要求1所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述LDO供电***还包括钳位二极管D3，所述钳位二极管D3的一端连接第一场效应管PM0的栅极，钳位二极管D3的另一端连接第一场效应管PM0的源极。
3.根据权利要求1所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述LDO供电***还包括稳压二极管D4，所述稳压二极管D4的两端分别连接于反馈电路的两端。
4.根据权利要求1所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述供电模块包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1连接VIN，所述二极管D2连接VOUT。
5.根据权利要求1所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述电流镜包括第二场效应管PM1、第三场效应管PM2、第四场效应管NM1和第五场效应管NM2；所述第二场效应管PM1的栅极与第三场效应管PM2的栅极连接到一起后接到第四场效应管NM1的漏极；所述第二场效应管PM1的源极与第三场效应管PM2的源极连接到一起后接到供电模块；所述第二场效应管PM1的漏极连接所述第四场效应管NM1的漏极，所述第三场效应管PM2的漏极连接所述下拉电路；所述第四场效应管NM1的源极连接第五场效应管NM2的源极，所述第四场效应管NM1的栅极连接第五场效应管NM2的栅极。
6.根据权利要求5所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述反馈电路包括第五场效应管NM2、第六场效应管NM3、第七场效应管NM4、第八场效应管PM3和第九场效应管PM4；所述第五场效应管NM2的栅极和漏极共同连接第六场效应管NM3的源极，所述第六场效应管NM3的栅极和漏极共同连接第七场效应管NM4的源极，所述第七场效应管NM4的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的漏极，所述第九场效应管PM4的栅极连接第七场效应管NM4的栅极，所述第八场效应管PM3的栅极和漏极共同连接第九场效应管PM4的源极，所述第八场效应管PM3的源极连接电源VCC。
7.根据权利要求1所述的基于BOOST型DCDC的宽输入电压低功耗的LDO供电***，其特征在于，所述下拉电路包括第十场效应管NM5和电阻R1，所述第十场效应管NM5的栅极和漏极共同连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端和第十场效应管NM5的源极分别连接电流镜。
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