[发明专利]一种低压差线性稳压器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器LDO(low-dropout regulator)广泛的应用于各种模拟、混合信号及射频集成电路系统中，比如植入式医疗电子设备，移动式通信设备，或消费类电子产品的电源管理模块。其用于提供具备带负载能力的稳定输出电压，拥有低静态功耗，低噪声，电路规模小的优点。早期的低压差线性稳压器通常要在输出加一个uF级以上的外接电容，用来保证良好的输出负载阶跃响应。不过针对上述电子设备越来越多采用全集成芯片系统(system-on-chip)来缩小体积及节省成本，无需外接电容的低压差线性稳压器已经成为线性稳压器中的优先选择。

图1为传统无外接电容型低压差线性稳压器的电路框图，其包括误差放大器OP、第二级缓冲放大器Buffer、输出管Mp、电阻R1和R2组成的分压网络、及补偿电容Cc。输出电压Vout经电阻分压网络按比例反馈给误差放大器的正输入端，同时和误差放大器负输入端的基准电压Vref比较，从而构成直流稳压反馈环路，最终使的输出电压Vout和基准电压Vref为稳定的倍数关系Vout＝Vref*(R1+R2)/R2，实现直流稳压。该稳压器的主极点位于第一级放大器输出，通过级联米勒电容补偿将主极点设在非常低的频率，实现了大电流负载范围的交流稳定性。但是因为该稳压器输出没有外接大电容，当负载瞬态变化时，没有足够的电容能提供瞬态负载跳变时所需的瞬态电流，同时整个稳压反馈环路的响应时间缓慢，导致输出电压Vout会随着负载电流的变化而产生很大的上冲(overshoot)或下冲(undershoot)，无法满足高性能稳压电源(线性电源或驱动电源)设计的工业级指标。

图2为现有无外接电容型低压差线性稳压器的电路框图，其在传统的误差放大器稳压反馈环路之外，又添加了两个比较器环路来快速控制输出电压使其具备快速的负载瞬态响应，从而可以改善输出Vout的上冲和下冲。但是其增加的两个比较器环路在明显增加电路级设计规模的同时加大了静态功耗和电路中的低频噪声。而且，该稳压器还需要产生两个额外的基准电压VH、VL用于上述比较器，这就进一步增加了电路复杂性和成本。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种低压差线性稳压器，无需外接电容，能够快速响应负载变化，改善负载阶跃响应的上冲和下冲，缩小所需集成电路版图面积。

一种低压差线性稳压器，包括：偏置电压产生电路、误差放大器、输出管和快速响应电路；

所述的偏置电压产生电路用于向误差放大器和快速响应电路提供偏置电压；

所述的快速响应电路用于通过采集输出管的输出电压来感应负载瞬态阶跃，进而根据所述的输出电压经耦合、反向放大以及电平移位，生成一对控制信号；

所述的误差放大器通过分压网络采集输出管的反馈电压，使其与给定的基准电压比较以对输出管的输出电压进行直流稳压；同时误差放大器还根据所述的控制信号瞬态开关其自身的输出级电流，从而生成驱动信号以控制输出管响应负载瞬态阶跃。

优选地，所述的快速响应电路和误差放大器通过补偿电容连接，能够进一步增加系统的稳定性。

优选地，所述的误差放大器由十一个MOS管M1～M11组成；其中，MOS管M1的源极与MOS管M7的源极和MOS管M8的源极相连并接输入电压Vin，MOS管M1的栅极接收偏置电压产生电路提供的偏置电压Vb1，MOS管M1的漏极与MOS管M2的源极和MOS管M3的源极相连，MOS管M2的栅极接收外部设备提供的基准电压，MOS管M3的栅极接收所述的反馈电压，MOS管M2的漏极与MOS管M6的栅极、MOS管M4的漏极和MOS管M4的栅极相连，MOS管M3的漏极与MOS管M11的栅极、MOS管M5的漏极和MOS管M5的栅极相连，MOS管M8的栅极与MOS管M7的栅极、MOS管M7的漏极和MOS管M6的漏极相连，MOS管M8的漏极与MOS管M9的源极相连，MOS管M9的漏极与MOS管M10的漏极和输出管的控制端相连，MOS管M10的源极与MOS管M11的漏极相连，MOS管M11的源极与MOS管M5的源极、MOS管M4的源极和MOS管M6的源极相连并接地；MOS管M9的栅极和MOS管M10的栅极分别接收快速响应电路提供的控制信号VG1和控制信号VG2。本误差放大器中，MOS管M4～M6以及M10～M11均为NMOS管，其余MOS管均为PMOS管。