[发明专利]一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器

说明书

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，更为具体地讲，涉及一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器作为电源管理系统的重要组成部分，由于外围器件少、输出噪声低、瞬态性能好等优点，在各类医疗电子设备中有着扮演着重要角色。目前，片上集成低压差线性稳压器输出电容范围仅为0～100pF，可以完全集成在系统内部，消除外部的片外电容，节省PCB引脚的面积，加快制造过程，降低系统成本，因此广泛被应用。

然而，在超低功耗医疗电子设备中，比如能量收集系统的稳压器和被动式RF ID标签中，能源是一种相当稀缺的资源，因此片上集成低压差线性稳压器的静态电流和最低负载电流都必须被最小化。为了保证稳定，片上集成低压差线性稳压器最小负载电流通常为50μA到1mA，如文献“An output-capacitorless low-dropout regulator with direct voltage-spike detection”(IEEE J.Solid-State Circuits,2010,45(2):458–466)和“A 6-μW chip-area-efficient output-capacitorless LDO in 90-nm CMOS technology”(IEEE J.Solid-State Circuits,2010,45(9):755–759)，而在超低功耗医疗电子设备中，最低负载电流必须小于0.5μA。

在文献“A High Slew-Rate Push-Pull Output Amplifier for Low-QuiescentCurrentLow-Dropout Regulators With Transient-Response Improvement”(IEEE Trans.Circuits Syst.II，Exp.Briefs，vol.54，no.9，755-759，Sep.2007)中，提出了一种低压差线性稳压器，这种稳压器由两个差分共栅跨导放大器、电流求和电路和电压缓冲器组成。两个跨导放大器单元由一对匹配的晶体管构成一个电流镜，然后连接成交叉耦合式而形成一个推挽输出级，从而在瞬态响应时增大功率调整管栅极的注入电流和抽取电流，最大输出电流不再像传统具有尾电流源的放大器受恒定尾电流源的限制。尽管这种稳压器一定程度上改善了功率调整管电压摆率受限的问题，但是其跨导和单位增益带宽无法在低偏置电流下响应快速的负载瞬态切换。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轻载瞬态增强电路及集成该电路的低压差线性稳压器，当低压差线性稳压器在轻负载时，轻载瞬态增强电路不消耗静态电流，当低压差线性稳压器从重载切换到轻载时，轻载瞬态增强电路提供一个逐渐递减负载电流使输出电压快速恢复到标准值。

为实现上述发明目的，本发明一种轻载瞬态增强电路，其特征在于，包括：

一动态偏置电压生成电路，包括PMOS管MP1和NMOS管MN1；PMOS管MP1的栅极电压为低压差线性稳压器调整管MP的栅极电压VGP，源极分别连接到输入电源VDD，PMOS管MP1漏极与NMOS管MN1的漏极、栅极相连接，NMOS管MN1的源极相连接地，动态偏置电压生成电路生成NMOS管自适应偏置电压VBNA，即NMOS管MN1的栅极电压；

一负载电流控制开关，包括PMOS管MP2、PMOS管MP3和NMOS管MN2；PMOS管MP2的源极相连接入到输入电源VDD，PMOS管MP2的栅极连接PMOS管恒定偏置电压VBP，PMOS管MP2的漏极与PMOS管MP3的栅极和NMOS管MN2的漏极相连接；PMOS管MP3的源极接入到自适应偏置电压VBNA，漏极连接稳压电容C1的一端；NMOS管MN2的栅极连接自适应偏置电压VBNA，源极接地，轻载时，VC电压为电源电压，PMOS管MP3关断；重载时，VC电压为地电压，PMOS管MP3开启；

一稳压电容C1，稳压电容C1一端连接PMOS管MP3的漏极，另外一端接地，用于设置输出电路的电流下降速度；

一泻放电路，包括NMOS管MN3；NMOS管MN3的源极接地，栅极连接NMOS管的第一恒定偏置电压VBN1，漏极连接PMOS管MP3的漏极；泻放电路保证轻载瞬态增强电路在轻载工作时的输出电流为0，并配合稳压电容C1设置输出电路的电流下降速度；