CN116774770A - 一种无内部补偿电容功耗恒定的ldo电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法，所述电路包括：供电模块，基于供电电源和电流镜为LDO电路供电；偏置模块，基于偏置电流和电流镜实现电流偏置；输出分压反馈模块，基于分压电阻将输出分压反馈至运算放大器模块；输入分压反馈模块，基于分压电阻将输入分压反馈至运算放大器模块；运算放大器模块，基于输入分压反馈和输出分压反馈，通过设置失调电阻的值，使输出管始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。本申请提出了一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法，在取消内部补偿电容的同时，通过引入输入反馈，达到使LDO电路功耗恒定的目的。

Description

一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，涉及一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法。
背景技术
LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V～3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，研发出了LDO类的电压转换芯片。LDO线性稳压器具有成本低，噪音低，静态电流小的优点。
在电源管理芯片中，需要LDO电路为内部电路供电，传统的LDO电路需要较大的内部补偿电容，占芯片面积较大。而已有的无电容LDO存在当输入电压降低到预设输出值以下时功耗增大的问题，使得芯片的功耗在该情况下较大。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，包括供电模块、偏置模块、运算放大器模块、输入分压反馈模块和输出分压反馈模块；
所述供电模块分别与偏置模块和运算放大器模块连接，用于基于供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜为LDO电路供电；
所述偏置模块，用于基于偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜实现电流偏置；
所述输出分压反馈模块与输出电压REGN连接，用于基于分压电阻R1和R2将输出分压反馈至运算放大器模块；
所述输入分压反馈模块与输入电压HV连接，用于基于分压电阻R3和R4将输入分压反馈至运算放大器模块；
所述运算放大器模块分别通过输入对管MP1和MP3接收输出分压反馈和输入分压反馈，用于基于输入分压反馈和输出分压反馈，通过设置失调电阻的值，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述供电模块包括LDO电路误差放大器模块的供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜；
所述MOS管MC3与MC4均为PMOS管，MC3与MC4的源极均连接供电电源VINT，MC3与MC4的栅极均连接偏置模块，MC3与MC4的漏极分别连接偏置模块和运算放大器模块。
优选地，所述偏置模块包括偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜；
所述MOS管MC1与MC2均为NMOS管，MC1与MC2的源极均连接地电位GND，MC1与MC2的栅极均连接偏置电流ibn，MC1与MC2的漏极分别连接偏置电流ibn和供电模块。
优选地，所述输出分压反馈模块包括分压电阻R1和R2；
电阻R1的一端与LDO电路的输出电压REGN连接，另一端与电阻R2的一端和输入对管MP1连接；
所述电阻R2的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R1和R2将输出电压REGN按照分压系数k分压得到输出分压反馈电压vfb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP1。
优选地，所述输入分压反馈模块包括分压电阻R3和R4；
所述电阻R3的一端与LDO的输入电压HV连接，另一端与电阻R4的一端和输入对管MP3连接；
所述电阻R4的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R3和R4将输入电压HV按照分压系数k分压得到输入分压反馈电压hv_fb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP3。
优选地，所述运算放大器模块包括输入对管MP1、MP2和MP3，失调电阻R0、R0，MOS管MN1与MN2构成的电流镜负载，以及高压管MH1、MH2、MH3；
所述输入对管MP1、MP2和MP3均为PMOS管；
所述MOS管MN1与MN2、高压管MH1均为NMOS管，MH2、MH3均为PMOS管；
输入对管MP1的栅极为输出分压反馈接入端，源极通过失调电阻R0连接供电模块，漏极连接MH1的栅极和MN2的漏极；
MH1的源极连接地电位GND，漏极连接MH2、MH3的栅极以及MH2的漏极；
MH2、MH3的源极均连接输入电压HV，MH3为输出管，其漏极连接输出电压REGN；
MN2的源极连接地电位GND，MN1、MN2的栅极均与MP2的漏极和MP3的漏极连接；
MN1的源极连接地电位GND，漏极连接MP3的漏极；
MP3的栅极为输入分压反馈接入端，源极与供电模块连接；
MP2的栅极连接基准电压vbg，源极连接失调电阻R0的一端，另一端连接R0与供电模块的连接点。
优选地，电阻R1:R2＝R3:R4，R0＝R0。
一种无内部补偿电容功耗恒定方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置REGN到vfb的分压系数k，R1:R2＝R3:R4，则vfb＝kREGN，hv_fb＝kHV；
步骤2：忽略MP3与MP2共同工作的区域，分别分析MP2、MP3单独工作时，输出电压REGN的情况；
步骤3：基于输出电压REGN的情况，分析输出管MH3的VDS；
步骤4：基于分析得到的输出管MH3的VDS值，设置R0和R0的值，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
优选地，步骤2中，当仅MP2工作时，输出电压REGN＝vbg/k；
当仅MP3工作时，hv_fb＝vfb+ΔV；
其中，ΔV为R0上压降，故输出电压REGN＝HV-(ΔV/k)。
优选地，步骤3中，当HV>(vbg+ΔV)/k时，hv_fb>vbg，仅MP2工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝HV-(vbg/k)>ΔV/k；
当HV<(vbg+ΔV)/k时，仅MP3工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝ΔV/k；
因此，输出管MH3的VDS值大于等于ΔV/k。
本申请所达到的有益效果：
本申请提出了一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法，在取消内部补偿电容的同时，通过引入输入分压反馈和输出分压反馈，达到使LDO电路功耗恒定的目的。
附图说明
图1是本申请实施例1提供的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本申请的实施例1提供了一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，包括供电模块、偏置模块、运算放大器模块、输入分压反馈模块和输出分压反馈模块，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述供电模块分别与偏置模块和运算放大器模块连接，用于基于供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜为LDO电路供电；
进一步优选地，所述供电模块包括LDO误差放大器部分的供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜；
所述MOS管MC3与MC4均为PMOS管，MC3与MC4的源极均连接供电电源VINT，MC3与MC4的栅极均连接偏置模块，MC3与MC4的漏极分别连接偏置模块和运算放大器模块。
所述偏置模块，用于基于偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜实现电流偏置；
进一步优选地，所述偏置模块包括偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜；
所述MOS管MC1与MC2均为NMOS管，MC1与MC2的源极均连接地电位GND，MC1与MC2的栅极均连接偏置电流ibn，MC1与MC2的漏极分别连接偏置电流ibn和供电模块。
所述输出分压反馈模块与输出电压REGN连接，用于基于分压电阻R1和R2将输出分压反馈至运算放大器模块；
进一步优选地，所述输出分压反馈模块包括分压电阻R1和R2；
电阻R1的一端与LDO电路的输出电压REGN连接，另一端与电阻R2的一端和输入对管MP1连接；
所述电阻R2的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R1和R2将输出电压REGN按照分压系数k分压得到输出分压反馈电压vfb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP1。
所述输入分压反馈模块与输入电压HV连接，用于基于分压电阻R3和R4将输入分压反馈至运算放大器模块；
进一步优选地，所述输入分压反馈模块包括分压电阻R3和R4；
所述电阻R3的一端与LDO的输入电压HV连接，另一端与电阻R4的一端和输入对管MP3连接；
所述电阻R4的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R3和R4将输入电压HV按照分压系数k分压得到输入分压反馈电压hv_fb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP3。
所述运算放大器模块分别通过输入对管MP1和MP3接收输出分压反馈和输入分压反馈，用于基于输入分压反馈和输出分压反馈，通过设置失调电阻R0的值，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
进一步优选地，所述运算放大器模块包括输入对管MP1、MP2和MP3，失调电阻R0、R0，MOS管MN1与MN2构成的电流镜负载，以及高压管MH1、MH2、MH3；
所述输入对管MP1、MP2和MP3均为PMOS管；
所述MOS管MN1与MN2、高压管MH1均为NMOS管，MH2、MH3均为PMOS管；
输入对管MP1的栅极为输出分压反馈接入端，源极通过失调电阻R0连接供电模块，漏极连接MH1的栅极和MN2的漏极；
MH1的源极连接地电位GND，漏极连接MH2、MH3的栅极以及MH2的漏极；
MH2、MH3的源极均连接输入电压HV，MH3为输出管，其漏极连接输出电压REGN；
MN2的源极连接地电位GND，MN1、MN2的栅极均与MP2的漏极和MP3的漏极连接；
MN1的源极连接地电位GND，漏极连接MP3的漏极；
MP3的栅极为输入分压反馈接入端，源极与供电模块连接；
MP2的栅极连接基准电压vbg，源极连接失调电阻R0的一端，另一端连接R0与供电模块。
进一步优选地，电阻R1:R2＝R3:R4，R0＝R0。
本发明还提供一种基于上述的无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路的无内部补偿电容功耗恒定方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置REGN到vfb的分压系数k，R1:R2＝R3:R4，则vfb＝kREGN，hv_fb＝kHV；
步骤2：忽略MP3与MP2共同工作的区域，分别分析MP2、MP3单独工作时，输出电压REGN的情况：
当仅MP2工作时，输出电压REGN＝vbg/k；
当仅MP3工作时，hv_fb＝vfb+ΔV；
其中，ΔV为R0上压降(忽略衬底偏置效应)，故输出电压REGN＝HV-(ΔV/k)。
步骤3：基于输出电压REGN的情况，分析输出管MH3的VDS；
当HV>(vbg+ΔV)/k时，hv_fb>vbg，仅MP2工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝HV-(vbg/k)>ΔV/k；
当HV<(vbg+ΔV)/k时，仅MP3工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝ΔV/k；
因此，输出管MH3的VDS值大于等于ΔV/k。
步骤4：基于分析得到的输出管MH3的VDS值，设置R0和R0的值为ΔV除以流过R0的电流，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
本申请提出了一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路和方法，在取消内部补偿电容的同时，通过引入输入反馈，达到使LDO电路功耗恒定的目的。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，包括供电模块、偏置模块、运算放大器模块、输入分压反馈模块和输出分压反馈模块，其特征在于：
所述供电模块分别与偏置模块和运算放大器模块连接，用于基于供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜为LDO电路供电；
所述偏置模块，用于基于偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜实现电流偏置；
所述输出分压反馈模块与输出电压REGN连接，用于基于分压电阻R1和R2将输出分压反馈至运算放大器模块；
所述输入分压反馈模块与输入电压HV连接，用于基于分压电阻R3和R4将输入分压反馈至运算放大器模块；
所述运算放大器模块分别通过输入对管MP1和MP3接收输出分压反馈和输入分压反馈，用于基于输入分压反馈和输出分压反馈，通过设置失调电阻的值，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
2.根据权利要求1所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
所述供电模块包括LDO电路误差放大器模块的供电电源VINT和MOS管MC3与MC4构成的电流镜；
所述MOS管MC3与MC4均为PMOS管，MC3与MC4的源极均连接供电电源VINT，MC3与MC4的栅极均连接偏置模块，MC3与MC4的漏极分别连接偏置模块和运算放大器模块。
3.根据权利要求2所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
所述偏置模块包括偏置电流ibn和MOS管MC1与MC2构成的电流镜；
所述MOS管MC1与MC2均为NMOS管，MC1与MC2的源极均连接地电位GND，MC1与MC2的栅极均连接偏置电流ibn，MC1与MC2的漏极分别连接偏置电流ibn和供电模块。
4.根据权利要求3所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
所述输出分压反馈模块包括分压电阻R1和R2；
电阻R1的一端与LDO电路的输出电压REGN连接，另一端与电阻R2的一端和输入对管MP1连接；
所述电阻R2的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R1和R2将输出电压REGN按照分压系数k分压得到输出分压反馈电压vfb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP1。
5.根据权利要求4所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
所述输入分压反馈模块包括分压电阻R3和R4；
所述电阻R3的一端与LDO电路的输入电压HV连接，另一端与电阻R4的一端和输入对管MP3连接；
所述电阻R4的另一端连接地电位GND；
所述分压电阻R3和R4将输入电压HV按照分压系数k分压得到输入分压反馈电压hv_fb，并将其反馈至运算放大器模块的输入对管MP3。
6.根据权利要求5所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
所述运算放大器模块包括输入对管MP1、MP2和MP3，失调电阻R0、R0，MOS管MN1与MN2构成的电流镜负载，以及高压管MH1、MH2、MH3；
所述输入对管MP1、MP2和MP3均为PMOS管；
所述MOS管MN1与MN2、高压管MH1均为NMOS管，MH2、MH3均为PMOS管；
输入对管MP1的栅极为输出分压反馈接入端，源极通过失调电阻R0连接供电模块，漏极连接MH1的栅极和MN2的漏极；
MH1的源极连接地电位GND，漏极连接MH2、MH3的栅极以及MH2的漏极；
MH2、MH3的源极均连接输入电压HV，MH3为输出管，其漏极连接输出电压REGN；
MN2的源极连接地电位GND，MN1、MN2的栅极均与MP2的漏极和MP3的漏极连接；
MN1的源极连接地电位GND，漏极连接MP3的漏极；
MP3的栅极为输入分压反馈接入端，源极与供电模块连接；
MP2的栅极连接基准电压vbg，源极连接失调电阻R0的一端，另一端连接R0与供电模块的连接点。
7.根据权利要求6所述的一种无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路，其特征在于：
电阻R1:R2＝R3:R4，R0＝R0。
8.一种基于权利要求6所述的无内部补偿电容功耗恒定的LDO电路的无内部补偿电容功耗恒定方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：设置REGN到vfb的分压系数k，设置R1:R2＝R3:R4，则vfb＝kREGN，hv_fb＝kHV；
步骤2：忽略MP3与MP2共同工作的区域，分别分析MP2、MP3单独工作时，输出电压REGN的情况；
步骤3：基于输出电压REGN的情况，分析输出管MH3的漏源电压VDS；
步骤4：基于分析得到的输出管MH3的VDS值，设置R0和R0的值，使输出管MH3始终处于饱和区，从而达到保持电路功耗恒定的目的。
9.根据权利要求8所述的一种无内部补偿电容功耗恒定方法，其特征在于：
步骤2中，当仅MP2工作时，输出电压REGN＝vbg/k；
当仅MP3工作时，hv_fb＝vfb+ΔV；
其中，ΔV为R0上压降，故输出电压REGN＝HV-(ΔV/k)。
10.根据权利要求9所述的一种无内部补偿电容功耗恒定方法，其特征在于：
步骤3中，当HV>(vbg+ΔV)/k时，hv_fb>vbg，仅MP2工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝HV-(vbg/k)>ΔV/k；
当HV<(vbg+ΔV)/k时，仅MP3工作，此时输出管MH3的VDS＝HV-REGN＝ΔV/k；
因此，输出管MH3的VDS值大于或等于ΔV/k。
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