[发明专利]一种高PSR快速瞬态响应双模式无片外电容LDO

说明书

本专利提出一种高PSR快速瞬态响应，有两种工作模式的无片外电容LDO，适用于数模混合芯片内部数字部分的供电。该设计基于0.13um CMOS工艺，内部可以分为前级降压器和后级降压器，其中前级降压包含前级带隙基准，前级误差放大器和前级功率管，后级降压器包含后级带隙基准，后级电压缓冲器，后级误差放大器和后级功率管，此外还有使能电路，过压保护和过温保护，负载电流检测和负载跳变检测电路构成瞬态提升和工作模式切换(轻载模式和重载模式)。该电路可集成在SOC系统中，无需外接分立单元。

技术领域

本发明属于数模混合集成电路设计领域，设计一种高PSR快速瞬态响应双模式无片外电容LDO。

背景技术

目前常用的电源芯片有两大类，一种为开关型电源转换器(DC/DC)，另外为低压差线性稳压器(LDO)。其中开关电源效率高，静态电流少，但同时生产成本也相对较高；虽然LDO的效率不如开关电源，但由于它体积小，片外器件少，输入输出响应快，输出电压中的噪声小，低纹波电压等特性，使得LDO广泛用于许多便携式产品中，并且小型精密电子设备还要求电源非常干净(无纹波、无噪声)，以免影响电子设备正常工作。LDO又分为无片外电容和有片外电容两种，传统的LDO由于输出端需要有大电容(uF级别)，故具有良好的瞬态响应，但由于片外电容较大，导致面积较大。然而，随着集成电路技术的不断进步，LDO需要解决三个问题，首先LDO电源模块需要集成在芯片的内部，传统带片外大电容的 LDO不利用片内集成，所以无片外电容成为了研究热点；并且应用在高集成度芯片内的LDO，干扰必然会非常大，高集成度使得各个电路模块之间相互串扰比较严重，并且LDO的输入电压大多是DC变换器的输出电压，上面纹波比较大，因此纹波抑制比这项指标非常重要；最后，相比于传统型LDO，无片外大电容LDO 瞬态响应有明显下降，特别表现为负载瞬态响应的过冲和下冲电压很大。

发明内容

本发明适应集成电路高集成，高密度特点，解决上述的三个问题，无需片外大电容，且通过两级稳压得到极高PSR，且设计轻载和重载两种工作模式尽可能减小静态功耗。通过瞬态提升电路和低静态电流下高摆率误差放大器改善瞬态效应。

本发明的技术原理为前级稳压提供一个芯片内部局部电源电压为后级稳压供电，前级稳压的带隙因输入电压够高采用共源共栅自偏置电路结构，后级带隙基准采用电流基准以得到低压基准，该基准通过电压缓冲器后有电流驱动能力，驱动推挽式误差放大器，该放大器在极低偏置电流下也有较大的摆率，结合瞬态提升电路可以在满足低功耗设计下具有较好的瞬态响应。

本发明的技术方案为：一种高PSR，快速瞬态响应，有两种工作模式的无片外电容LDO，适用于数模混合芯片内部数字部分的供电。该设计基于0.13um CMOS工艺，内部可以分为前级降压器和后级降压器，其中前级降压包含前级带隙基准，前级误差放大器和前级功率管，后级降压器包含后级带隙基准，后级电压缓冲器，后级误差放大器和后级功率管，此外还有使能电路，过压保护和过温保护，负载电流检测和负载跳变检测电路构成瞬态提升和工作模式切换(轻载模式和重载模式)。该电路可集成在SOC系统中，无需外接分立单元。