[发明专利]一种低静态电流NMOS型全集成LDO电路

说明书

本发明公开了一种低静态电流NMOS型全集成LDO电路，包括误差放大器电路、自适应偏置电流源电路、NMOS管N5、电阻R1和R2、频率补偿电路、用于自适应控制NMOS管N6的开启与关闭的上过冲检测电路和用于自适应控制PMOS管P5的开启与关闭的下过冲检测电路；上过冲检测电路在检测到发生上过冲时打开NMOS管N6，以向误差放大器电路提供额外的偏置电流；下过冲检测电路在检测到发生下过冲时打开PMOS管P5，以向误差放大器电路提供额外的偏置电流。本发明能够以非常低的静态电流实现全集成LDO在面对几十A/μs的负载电流切换速率时的快速响应。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种低静态电流NMOS型全集成LDO电路。

背景技术

低压降(LDO)线性稳压器，一般习惯简称为LDO，是提供干净稳定电压源的电路模块。全集成则要求它的所有元器件都在片内实现，以给片上系统(SoC)中的模块供电。SoC经常需要多个全集成LDO给它供电，比如模拟模块一个，射频模块一个，其他的模块则使用另一个LDO。模拟模块对LDO输入电源的干扰小，负载电流变化比较缓；射频模块容易干扰LDO输入电源，需要全频带较高的电源抑制比(PSRR)，而且负载电流变化比较急，但是负载电流变化幅度不大；其他的数字电路模块和混合信号电路模块则可能因瞬间休眠或者开启一些或者全部数字模块而导致急剧的负载电流变化，这种情况下，尤其是LDO的下冲电压，如果幅度太大或者恢复时间过长，都可能导致电路重启或者影响其他模块的正常工作。

图1至3给出了全集成LDO的3种基本结构，其中：

参见图1所示，第一种结构采用PMOS管作为功率传输管，其容易通过密勒补偿得到一个极低的主极点以保证环路的稳定性，具有负载电流范围大、线性调整率和负载调整率好等优点；而且适合在较低电源电压下工作。但是，功率传输管的栅漏寄生电容会限制环路带宽；并且由于功率传输管的源极连接输入电源，电源抑制比会比较差。

参见图2所示，第二种结构采用NMOS管作为功率传输管，其环路宽带随负载变化小，因而环路稳定性好；寄生效应小，容易实现宽带；NMOS功率传输管的漏极连接输入电源，因此，电源抑制能力更好。但是，其由于功率传输管的栅极比输出电压高出一个VGS，要求误差放大器具有较高的工作电压，不过这在多数电子系统中都不是问题，因为I/O的标准供电电压是2.5/3.3V，带隙基准一般也采用2.5/3.3V电压供电，远高于SoC内核所需的1～1.2V电压。误差放大器的偏置电流一般非常小，不会影响接口电路。

参见图3所示，第三种结构采用FVF结构，其实际上是第一种结构的变种，结构紧凑，适合全集成实现和快速响应场合；但是其环路响应复杂，导致输出电流调整范围小。

全集成LDO不像传统LDO那样可以依赖片外大电容维持低输出阻抗，因此，负载切换时过冲电压一般很大。提高误差放大器的输出摆率以加快过冲电压的恢复，是抑制过冲幅度的基本途径。同时，LDO的静态电流必须非常小以保证较高的电流效率。

传统的LDO电路架构,为了削减负载突变时的过冲幅度,一般在输出端接μF级的大片外电容。而在SoC系统内,为了便于片上集成，LDO的输出电容均是内置，片上可实现的电容容值一般都不大，其容值一般在pF级；而且，芯片面积也是重要的设计约束，有时甚至不会额外添加任何输出电容。这样会导致LDO在负载切换时的过冲幅度大的问题，尤其下过冲，如果太大，可能导致电路的意外重启。

为了改善负载瞬态响应性能,抑制输出端过冲电压和选择合理的频率补偿方案让环路稳定，LDO电路往往需要额外的复杂电路,控制输出功率管栅极的充放电，而这些额外电路往往意味着更多的电流支路，不可避免地增加了LDO的静态电流。

低静态电流是线性稳压器的基本要求，是指当外部负载电流为零时为LDO自身消耗的电流。它包括基准电压源、误差放大器、输出分压电阻等电路的工作电流。静态电流由拓扑结构、输入电压和温度确定。