CN113703507A - 一种提高ldo响应速度电路 - Google Patents

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Abstract

一种提高LDO响应速度电路，通过在LDO主环路的上设置通过第三电阻R0直接探测输出电压VOUT变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块A2、第六NMOS管M0和第一电流源I0，能够在提高LDO输出电压稳定性的同时实现快速响应，从而有利于更好地调和LDO在响应速度与稳定性之间的矛盾。

Description

一种提高LDO响应速度电路
技术领域
本发明涉及一种提高LDO低压差线性稳压器技术，特别是一种提高LDO响应速度电路，通过在LDO主环路的上设置通过第三电阻R0直接探测输出电压VOUT变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块A2、第六NMOS管M0和第一电流源I0，能够在提高LDO输出电压稳定性的同时实现快速响应，从而有利于更好地调和LDO在响应速度与稳定性之间的矛盾。
背景技术
LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)广泛地应用在很多领域，但是经常存在响应速度与稳定性折衷的难题，也就是说，提高响应速度就会降低稳定性，提高稳定性就会降低响应速度。例如图1所示，图1是一种LDO响应速度有待提高的电路结构示意图。图1中包括LDO主环路，所述LDO主环路由第一放大模块A1、第二放大模块A2、功率NMOS管M1、第一电阻R1和第二电阻R2，M1的漏端连接输入电压端IN，M1的栅端分别连接A2的输出端和负输入端，M1的源端连接输出电压端OUT，OUT通过R1连接反馈节点FB，FB通过R2连接接地端GND，A2的正输入端连接A1的输出端，A1的正输入端连接参考电压端REF，A1的负输入端连接FB。如图1所示，利用A2形成的单位增益缓冲器阻隔A1输出电阻与功率输出MOS管M1栅端电容的直接连接，否则A1输出电阻与功率输出MOS管M1栅端电容形成的极点会影响***稳定性，且降低小信号带宽。虽然图1电路方案能够很好解决稳定性问题，但其在有些应用中却存在响应速度慢的缺点，例如在大信号时无法对输出变化做快速响应。本发明人认为，如果在LDO主环路的上设置通过第三电阻R0直接探测输出电压VOUT变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块A2、第六NMOS管M0和第一电流源I0，就能够在提高LDO输出电压稳定性的同时实现快速响应。有鉴于此，本发明人完成了本发明。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种提高LDO响应速度电路，通过在LDO主环路的上设置通过第三电阻R0直接探测输出电压VOUT变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块A2、第六NMOS管M0和第一电流源I0，能够在提高LDO输出电压稳定性的同时实现快速响应，从而有利于更好地调和LDO在响应速度与稳定性之间的矛盾。
本发明的技术方案如下：
一种提高LDO响应速度电路，其特征在于，在LDO主环路的上设置通过第三电阻直接探测输出电压变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块、第六NMOS管和第一电流源。
所述第六NMOS管的漏端连接输入电压端，所述第六NMOS管的栅端分别连接所述第二放大模块的输出端和功率NMOS管的栅端，所述第六NMOS管的源端第一路通过所述第三电阻连接输出电压端，第二路通过第一电流源连接接地端，第三路连接所述第二放大模块的负输入端。
所述LDO主环路包括第一放大模块、所述第二放大模块、所述功率NMOS管、第一电阻和第二电阻，所述功率NMOS管的漏端连接输入电压端，所述功率NMOS管的源端连接所述输出电压端，所述输出电压端通过所述第一电阻连接反馈节点，所述反馈节点通过所述第二电阻连接接地端，所述第二放大模块的正输入端连接所述第一放大模块的输出端，所述第一放大模块的的正输入端连接参考电压端，所述第一放大模块的负输入端连接所述反馈节点。
所述第二放大模块包括第二NMOS管、第三NMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第二电流源。
所述第二NMOS管的栅端通过所述第一电流源连接接地端，所述第二NMOS管的漏端与所述第四PMOS管的漏端互连后分别连接所述功率NMOS管的栅端和电荷泵，所述第二NMOS管的源端与所述第三NMOS管的源端互连后通过所述第二电流源连接接地端，所述第三NMOS管的栅端连接所述第一放大模块的输出端，所述第三NMOS管的漏端与所述第五PMOS管的漏端互连后分别连接所述第四PMOS管的栅端和所述第五PMOS管的栅端，所述第四PMOS管的源端与所述第五PMOS管的源端互连后连接所述输入电压端。
所述辅助环路在稳态时起到阻断所述第一放大模块和所述功率NMOS管之间电连接的作用，即所述第一放大模块的输出电阻无法与所述功率NMOS管的栅电容形成低阻极点，从而提高电路稳定性并扩大带宽。
所述输出电压的变化量通过所述第三电阻传递到所述第二放大模块的负输入端，使得所述辅助环路比所述LDO主环路先响应以更加及时地通过影响所述功率NMOS管的栅源电压进而抑制所述输出电压的变化。
本发明的技术效果如下：本发明一种提高LDO响应速度电路，通过在LDO主环路的上设置通过第三电阻直接探测输出电压变化的辅助环路，能够利用所述辅助环路同时兼顾响应速度与稳定性的改善。例如，在稳态时起到阻断所述第一放大模块和所述功率NMOS管之间电连接的作用，即所述第一放大模块的输出电阻无法与所述功率NMOS管的栅电容形成低阻极点，从而提高电路稳定性并扩大带宽；当输出电压VOUT突然变化时，所述输出电压的变化量通过所述第三电阻传递到所述第二放大模块的负输入端，使得所述辅助环路比所述LDO主环路先响应以更加及时地通过影响所述功率NMOS管的栅源电压进而抑制所述输出电压的变化。
附图说明
图1是一种LDO响应速度有待提高的电路结构示意图。图1中的LDO(low dropoutregulator，低压差线性稳压器)在大信号时无法对输出变化做快速响应。
图2是实施本发明一种提高LDO响应速度电路的结构示意图。
图3是图2中第二放大模块A2以元件组成方式表示后的一种提高LDO响应速度电路的结构示意图。
附图标记列示如下：OUT-输出电压端(对应输出电压VOUT)；IN-输入电压端(对应输入电压VIN)；REF-参考电压端；GND-接地端；A1-第一放大模块；A2-第一放大模块；R1～R2-第一至第二电阻；R0-第三电阻；FB-反馈节点；I0-第一电流源；I1-第二电流源；M1-第一NMOS管或功率NMOS管M2～M3-第二至第三NMOS管；M4～M5-第四至第五PMOS管；M0-第六NMOS管。
具体实施方式
下面结合附图(图2-图3)对本发明进行说明。
图2是实施本发明一种提高LDO响应速度电路的结构示意图。图3是图2中第二放大模块A2以元件组成方式表示后的一种提高LDO响应速度电路的结构示意图。如图2至图3所示，一种提高LDO响应速度电路，在LDO主环路的上设置通过第三电阻R0直接探测输出电压VOUT变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块A2、第六NMOS管M0和第一电流源I0。所述第六NMOS管M0的漏端连接输入电压端IN，所述第六NMOS管M0的栅端分别连接所述第二放大模块A2的输出端和功率NMOS管M1的栅端，所述第六NMOS管M0的源端第一路通过所述第三电阻R0连接输出电压端OUT，第二路通过第一电流源I0连接接地端GND，第三路连接所述第二放大模块A2的负输入端(-)。所述LDO主环路包括第一放大模块A1、所述第二放大模块A2、所述功率NMOS管M1、第一电阻R1和第二电阻R2，所述功率NMOS管M1的漏端连接输入电压端IN，所述功率NMOS管M1的源端连接所述输出电压端OUT，所述输出电压端OUT通过所述第一电阻R1连接反馈节点FB，所述反馈节点FB通过所述第二电阻R2连接接地端GND，所述第二放大模块A2的正输入端(+)连接所述第一放大模块A1的输出端，所述第一放大模块A1的的正输入端(+)连接参考电压端REF，所述第一放大模块A1的负输入端(-)连接所述反馈节点FB。
参考图3，所述第二放大模块A2包括第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四PMOS管M4、第五PMOS管M5和第二电流源I1。所述第二NMOS管M2的栅端通过所述第一电流源I0连接接地端GND，所述第二NMOS管M2的漏端与所述第四PMOS管M4的漏端互连后分别连接所述功率NMOS管M1的栅端和电荷泵，所述第二NMOS管M2的源端与所述第三NMOS管M3的源端互连后通过所述第二电流源I1连接接地端GND，所述第三NMOS管M3的栅端连接所述第一放大模块A1的输出端，所述第三NMOS管M3的漏端与所述第五PMOS管M5的漏端互连后分别连接所述第四PMOS管M4的栅端和所述第五PMOS管M5的栅端，所述第四PMOS管M4的源端与所述第五PMOS管M5的源端互连后连接所述输入电压端IN。
所述辅助环路在稳态时起到阻断所述第一放大模块A1和所述功率NMOS管M1之间电连接的作用，即所述第一放大模块A1的输出电阻无法与所述功率NMOS管M1的栅电容形成低阻极点，从而提高电路稳定性并扩大带宽。所述输出电压VOUT的变化量通过所述第三电阻R0传递到所述第二放大模块A2的负输入端(-)，使得所述辅助环路比所述LDO主环路先响应以更加及时地通过影响所述功率NMOS管M1的栅源电压进而抑制所述输出电压VOUT的变化。
参考图2所示，对本发明的具体工作原理做出如下进一步说明。
1.M1为功率NMOS管，其漏端接IN，源端接OUT，栅端接A2放大模块输出；
2.M0为NMOS管，其漏端接IN，源端接电流源I0的正端，栅端接A2放大模块输出端；
3.R0电阻一端接电流源I0的正端(同时连接A2放大模块的负输入端),另一端接OUT；
4.R1电阻一端接OUT，另一端接A1放大模块的负输入端(此节点命名FB，同时与R2电阻串联，而R2另一端接地；
5.A1为放大模块，其正输入端接REF信号，其代表基准电压；
6.A2为放大模块，其正输入端接A1放大模块的输出端；
7.M1、R1、R2、A1和A2组成环路稳定了输出电压VOUT，此为LDO的主环路，A2、M0和I0组成的环路在稳态时仅起到阻断A1和M1之间电连接的作用，即A1的输出电阻无法与M1的栅电容形成低阻极点，这样便提高了稳定性并扩大了带宽；
8.当VOUT突然变化时，其变化量通过R0能快速传递到A2负输入端，进而A2、M0和I0环路比主环路(M1、R1、R2、A1和A2)先响应，能及时影响M1的栅源电压，进而抑制VOUT的变化；
如图3所示，M2和M3是NMOS管，M4和M5是PMOS管，它们和电流源I1一起组成图2的A2放大模块。
本发明的特点从以上说明可以看出：1.如工作原理7所述，A2、M0和I0阻断了A1和M1的电连接，从而提高了稳定性；2.A2、M0和I0组成的环路通过R0能直接探测VOUT变化，从而实现了大信号时的快速响应。
关于本发明中如图2至图3中示例的NMOS管或PMOS管，从原理或实践上都可以相互替换，替换后的等效电路为本领域技术人员所公知。因此，本说明书中和权利要求书中的NMOS管或PMOS管如无特别说明均应延伸理解为技术特征MOS管。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (7)

1.一种提高LDO响应速度电路，其特征在于，在LDO主环路的上设置通过第三电阻直接探测输出电压变化的辅助环路，所述辅助环路包括第二放大模块、第六NMOS管和第一电流源。
2.根据权利要求1所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述第六NMOS管的漏端连接输入电压端，所述第六NMOS管的栅端分别连接所述第二放大模块的输出端和功率NMOS管的栅端，所述第六NMOS管的源端第一路通过所述第三电阻连接输出电压端，第二路通过第一电流源连接接地端，第三路连接所述第二放大模块的负输入端。
3.根据权利要求2所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述LDO主环路包括第一放大模块、所述第二放大模块、所述功率NMOS管、第一电阻和第二电阻，所述功率NMOS管的漏端连接输入电压端，所述功率NMOS管的源端连接所述输出电压端，所述输出电压端通过所述第一电阻连接反馈节点，所述反馈节点通过所述第二电阻连接接地端，所述第二放大模块的正输入端连接所述第一放大模块的输出端，所述第一放大模块的的正输入端连接参考电压端，所述第一放大模块的负输入端连接所述反馈节点。
4.根据权利要求3所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述第二放大模块包括第二NMOS管、第三NMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管和第二电流源。
5.根据权利要求4所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述第二NMOS管的栅端通过所述第一电流源连接接地端，所述第二NMOS管的漏端与所述第四PMOS管的漏端互连后分别连接所述功率NMOS管的栅端和电荷泵，所述第二NMOS管的源端与所述第三NMOS管的源端互连后通过所述第二电流源连接接地端，所述第三NMOS管的栅端连接所述第一放大模块的输出端，所述第三NMOS管的漏端与所述第五PMOS管的漏端互连后分别连接所述第四PMOS管的栅端和所述第五PMOS管的栅端，所述第四PMOS管的源端与所述第五PMOS管的源端互连后连接所述输入电压端。
6.根据权利要求3所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述辅助环路在稳态时起到阻断所述第一放大模块和所述功率NMOS管之间电连接的作用，即所述第一放大模块的输出电阻无法与所述功率NMOS管的栅电容形成低阻极点，从而提高电路稳定性并扩大带宽。
7.根据权利要求3所述的提高LDO响应速度电路，其特征在于，所述输出电压的变化量通过所述第三电阻传递到所述第二放大模块的负输入端，使得所述辅助环路比所述LDO主环路先响应以更加及时地通过影响所述功率NMOS管的栅源电压进而抑制所述输出电压的变化。
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