CN111506144A - 一种应用于ldo中的低功耗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于LDO中的低功耗方法，为一种在LDO设计中降低静态电流的设计方案。本发明在LDO处于空载状态时，关断过温保护和过流保护模块中消耗的静态电流，极大地节省了电源功耗，而一旦LDO处于带载状态，过温保护和过流保护模块正常启动，不影响保护机制工作。该设计方案具有电路结构简单、快速响应、使用灵活等特点。

Description

一种应用于LDO中的低功耗方法
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种应用于LDO中的低功耗方法。主要是针对LDO产品在设计中如何减小静态电流问题，而提出的一种低功耗设计方案。
背景技术
随着能源消耗的日益严重，节能环保已成为当今世界的一个主流趋势。在生
产和生活的各个领域，各种节能减排技术正不断出现。作为能耗的一个重要组成部分，电能消耗日益增加，这进一步凸显了电源管理芯片的重要性。目前，使用电池供电的便携式电子产品已广泛普及，人们都希望延长电池的单次使用时间以及电池的使用寿命。该问题一方面可以通过研发大容量的电池来解决，另一方面，现今非常流行的移动电源也在一定程度上满足了人们的期望。但是，从节约能源和增加电池寿命考虑，研发高性能的电源管理产品才是根本的解决之道。因此，低功耗设计技术成为电源管理芯片未来发展趋势之一。本发明的低功耗设计方案应用在LDO产品设计中，极大地减小了产品在空载下的静态电流，延长了电池供电设备的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种应用于LDO中的低功耗方法，以减小LDO产品在空载下静态电流。
本发明目的通过下述方案实现：本发明提供一种应用于LDO中的低功耗方法，在LDO结构基础上，在LDO中的功率管的栅极与电流比较器的采样PMOS管栅极连接，通过电流采样PMOS管检测负载电流，将采样电流与耗尽型NMOS管形成的恒流源进行比较，从而产生一个数字信号来开启和关闭过温保护和限流保护模块的偏置电流，达到空载或轻载状态时，关闭过温保护和限流保护功能。
本发明方法节省功耗且延长LDO使用寿命的目的。
本发明方法通过下述具体电路实现：包括第十一PMOS管MP11、第四PMOS管MP4、第七PMOS管MN7、第十二NMOS管MN12、第九NMOS管MN9、第八NMOS管MN8、第十NMOS管MN10、第二NMOS管MN2、第六NMOS管MN6，以及耗尽型第一、三、五NMOS管MN1、MN3、MN5，其中，
电流采样管第十一PMOS管MP11栅极接LDO产品功率管的栅极信号VG，源极与第一耗尽型NMOS管MN1漏极、第四PMOS管MP4源极和第七PMOS管MP7源极相连，接电源VDD；第十一PMOS管MP11漏极与第十二NMOS管MN12的栅极和漏极、第九NMOS管MN9栅极和第八NMOS管MN8栅极相连；
第十二NMOS管MN12源极与第九、八NMOS管MN9、MN8源极、第三、五耗尽型NMOS管MN3、MN5的栅极和源极相连，接地端GND；
第九NMOS管MN9漏极与第一耗尽型NMOS管MN1的栅极与源极、第四PMOS管MP4栅极、第二NMOS管MN2栅极和第十NMOS管MN10漏极相连；
第十NMOS管MN10源极与第八NMOS管MN8漏极相连，栅极与第四PMOS管MP4漏极、第七PMOS管MP7栅极、第二NMOS管MN2漏极和第六NMOS管MN6栅极相连；
第二NMOS管MN2源极与第三耗尽型NMOS管MN3漏极相连；
第六NMOS管MN6源极与第五耗尽型NMOS管MN5漏极相连；
第七PMOS管MP7漏极与第六NMOS管MN6漏极相连，接输出OUT。
本发明原理是：负载电流采样管第十一PMOS管MP11栅极输入信号为LDO产品的功率管MP10的栅极信号VG，采样管第十一PMOS管MP11栅极、源极和功率管MP10的栅极、源极电位相同；当LDO处于空载或轻载状态时，采样管MP11采样电流过小，导致第十二NMOS管MN12的栅压很低，因此第八、九NMOS管MN8、MN9采样的电流不足以吸收第一耗尽型NMOS管MN1形成的恒流源电流，MN10漏极电位很高，该信号经过两级反相器后输出高电平信号，从而关断保护机制功能；反之，当LDO处于一定的带载状态时，电流采样管M11采样电流达到一定阈值点，使得第八、九NMOS管MN8、MN9采样的电流足以吸收第一耗尽型NMOS管MN1恒流源电流，MN10漏极电位变低，输出信号翻转，保护机制功能正常。MN10是为了防止负载电流在跳变的过程中引起的振荡而设计的迟滞结构。本发明中，第一、三、五耗尽型NMOS管MN1、MN3、MN5均为耗尽型器件形成的恒流源，第一耗尽型NMOS管MN1作为基准电流与负载电流相互比较，而第三、五耗尽型NMOS管MN3、MN5恒流源在数字信号翻转过程中，限制反相器尖峰电流，起到减小反相器动态功耗的作用。
上述技术方案中，VDD为LDO电压信号输入端；GND为LDO地信号；VG为功率管PMOS管MP10栅极信号，作为采样管的输入信号；OUT为信号输出端，控制过温保护和过流保护的偏置电流的开启和关断。
本发明的优越性在于：减小了LDO产品在空载下静态电流，在LDO处于空载状态时，关断过温保护和过流保护模块中消耗的静态电流，极大地节省了电源功耗，而一旦LDO处于带载状态，过温保护和过流保护模块正常启动，不影响保护机制工作。延长了LDO产品的使用寿命。本发明具有电路结构简单、快速响应、使用灵活等特点。
附图说明
图1设计方案示意图；
图2 LDO结构示意图；
图3 实施例电路原理图。
具体实施方式
图1中，VIN为LDO电源输入端，GND为接地端，COMP为电流比较器，其中，VG为LDO的功率管栅极；OUT为电流比较器的输出，控制过温保护和过流保护模块的输出。
图2中，VIN为LDO电压输入端，VO为LDO电压输出端，FB为LDO输出的反馈电压，VREF为基准电压，VG为功率管栅极电压，X0为运算放大器，MP10为功率PMOS管，R1和R2为反馈电阻。
由反馈电阻R1和R2对输出电压VO分压后的反馈电压FB接运算放大器X0的一个输入端in-，另一个输入端in+接基准电压VREF，输出端接功率管MP10的栅极，栅极的电压与电流采样管的栅极连接，如图3所示：
图3为LDO产品中的过温保护和过流保护的偏置电流的控制电路，或称为电流比较器，其中，VDD为LDO输入电压信号；GND为LDO地信号；VG为功率管MP10栅极信号，作为电路中电流采样管的输入信号；OUT为输出信号，控制过温保护和过流保护模块的开启和关断，具体电路实现方式由第十一PMOS管MP11、第四PMOS管MP4、第七PMOS管MN7、第十二NMOS管MN12、第九NMOS管MN9、第八NMOS管MN8、第十NMOS管MN10、第二NMOS管MN2、第六NMOS管MN6，以及耗尽型第一、三、五NMOS管MN1、MN3、MN5构成，其中，
电流采样管第十一PMOS管MP11栅极接LDO产品功率管的栅极信号VG，源极与第一耗尽型NMOS管MN1漏极、第四PMOS管MP4源极和第七PMOS管MP7源极相连，接电源VDD；第十一PMOS管MP11漏极与第十二NMOS管MN12的栅极和漏极、第九NMOS管MN9栅极和第八NMOS管MN8栅极相连；
第十二NMOS管MN12源极与第九、八NMOS管MN9、MN8源极、第三、五耗尽型NMOS管MN3、MN5的栅极和源极相连，接地端GND；
第九NMOS管MN9漏极与第一耗尽型NMOS管MN1的栅极与源极、第四PMOS管MP4栅极、第二NMOS管MN2栅极和第十NMOS管MN10漏极相连；
第十NMOS管MN10源极与第八NMOS管MN8漏极相连，栅极与第四PMOS管MP4漏极、第七PMOS管MP7栅极、第二NMOS管MN2漏极和第六NMOS管MN6栅极相连；
第二NMOS管MN2源极与第三耗尽型NMOS管MN3漏极相连；
第六NMOS管MN6源极与第五耗尽型NMOS管MN5漏极相连；
第七PMOS管MP7漏极与第六NMOS管MN6漏极相连，接输出OUT。
本发明提供一种应用于LDO中的低功耗方法，LDO中的功率管的栅极与采样管栅极连接，将采样电流与耗尽型NMOS管形成的恒流源进行比较，从而产生一个数字信号来开启和关闭过温保护和限流保护模块的偏置电流。
本发明中，采样管第十一PMOS管MP11栅极、源极和功率管MP10的栅极、源极电位相同；当LDO处于空载或轻载状态时，采样管MP11采样电流过小，导致第十二NMOS管MN12的栅压很低，因此第八、九NMOS管MN8、MN9采样的电流不足以吸收第一耗尽型NMOS管MN1形成的恒流源电流，MN10漏极电位很高，该信号经过由MP4、MN2以及MP7、MN6构成的两级反相器后输出高电平信号，从而关闭保护机制功能，达到节省功耗目的；反之，当LDO处于一定的带载状态，电流采样管M11采样电流达到一定阈值点，使得第八、九NMOS管MN8、MN9采样的电流足以吸收第一耗尽型NMOS管MN1恒流源电流，MN10漏极电位变低，输出信号翻转，保护机制功能正常。MN10是为了防止负载电流在跳变的过程中引起的振荡而设计的迟滞结构。本发明中，第一耗尽型NMOS管MN1作为基准电流与负载电流相互比较，而第三、五耗尽型NMOS管MN3、MN5恒流源在数字信号翻转过程中，限制反相器尖峰电流，起到减小反相器动态功耗的作用。

Claims (4)

1.一种应用于LDO中的低功耗方法，在LDO结构基础上，其特征在于：在LDO中的功率管的栅极与电流比较器的采样PMOS管栅极连接，通过电流采样PMOS管检测负载电流，将采样电流与耗尽型NMOS管形成的恒流源进行比较，从而产生一个数字信号来开启和关闭过温保护和限流保护模块的偏置电流，达到空载或轻载状态时，关闭过温保护和限流保护功能。
2.根据权利要求1所述的应用于LDO中的低功耗方法，其特征在于：所述的LDO中电流比较器电路包括第十一PMOS管MP11、第四PMOS管MP4、第七PMOS管MP7、第十二NMOS管MN12、第九NMOS管MN9、第八NMOS管MN8、第十NMOS管MN10、第二NMOS管MN2、第六NMOS管MN6，以及耗尽型第一、三、五NMOS管MN1、MN3、MN5，其中，
电流采样管第十一PMOS管MP11栅极接LDO产品功率管的栅极信号VG，源极与第一耗尽型NMOS管MN1漏极、第四PMOS管MP4源极和第七PMOS管MP7源极相连，接电源VDD；第十一PMOS管MP11漏极与第十二NMOS管MN12的栅极和漏极、第九NMOS管MN9栅极和第八NMOS管MN8栅极相连；
第十二NMOS管MN12源极与第九、八NMOS管MN9、MN8源极、第三、五耗尽型NMOS管MN3、MN5的栅极和源极相连，接地端GND；
第九NMOS管MN9漏极与第一耗尽型NMOS管MN1的栅极与源极、第四PMOS管MP4栅极、第二NMOS管MN2栅极和第十NMOS管MN10漏极相连；
第十NMOS管MN10源极与第八NMOS管MN8漏极相连，栅极与第四PMOS管MP4漏极、第七PMOS管MP7栅极、第二NMOS管MN2漏极和第六NMOS管MN6栅极相连；
第二NMOS管MN2源极与第三耗尽型NMOS管MN3漏极相连；
第六NMOS管MN6源极与第五耗尽型NMOS管MN5漏极相连；
第七PMOS管MP7漏极与第六NMOS管MN6漏极相连，接输出OUT。
3.根据权利要求1或2所述的应用于LDO中的低功耗方法，其特征在于：LDO中电源输入端为VIN，接地端GND，电流比较器COMP，LDO的功率管栅极电位信号VG，电流比较器的输出OUT控制过温保护和过流保护模块的输出。
4.根据权利要求3所述的应用于LDO中的低功耗方法，其特征在于：所述的LDO结构为：包括一运算放大器X0，运算放大器X0的一个输入端接反馈电压FB；另一个输入端接基准电压VREF，输出端接功率管MP10的栅极，该栅极电位信号VG输入给电流采样管第十一PMOS管MP11栅极。
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