低压差线性稳压器及集成片上系统技术方案

本申请公开了低压差线性稳压器及集成片上系统。所述低压差线性稳压器用于将供电端提供的供电压转换成输出端的输出电压，包括：基准模块，用于产生偏置电流和带隙基准电压；放大模块，用于将输出电压与所述带隙基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；以及输出模块，用于根据误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压。所述输出模块包括串联连接在所述供电端和接地端之间的第一晶体管和第二晶体管，二者的中间节点作为所述输出端，提供所述输出电压。该低压差线性稳压器可以内置补偿电容、减小体积和功耗以及提高容性负载的驱动能力。

Low dropout linear regulator and integrated on-chip system

A low dropout linear voltage regulator and an integrated on-chip system are disclosed herein. The low dropout linear regulator for output voltage, power supply end of the supply voltage is converted into output includes a reference module, for generating a bias current and bandgap reference voltage; amplifying module, for output voltage and the bandgap reference voltage is compared with the error signal obtained two and output; according to the error signal control module for adjusting the tube voltage drop, so as to stabilize the output voltage. The output module includes a first transistor and a second transistor connected in series between the power supply end and the ground terminal, and the intermediate node of the two serves as the output terminal to provide the output voltage. The low dropout linear regulator has built-in compensation capacitors, reduced volume and power consumption, and improved capacitive load drive capability.

【技术实现步骤摘要】
低压差线性稳压器及集成片上系统
本专利技术涉及集成电路领域，更具体地，涉及用于集成片上系统(SOC)的低压差线性稳压器(LDO)电路。
技术介绍
集成片上系统(SOC)是在单个芯片中集成处理器、存储器和主要外围电路的系统。例如，SOC可以是单芯片无线系统，包括用于多个模拟电路和多个数字电路模块，用于提供蓝牙通信功能和手机通信的主要功能。由于SOC的功能完整性和高效集成特性，SOC在各种电子产品中得到广泛的应用。在SOC的芯片设计中提供较低功耗的休眠模式，以保证电子产品的低耗电。然而，在休眠模式中，还需要维持一部分数字电路的工作，以维持数字逻辑的状态。SOC芯片的系统供电电压高于数字电路的工作电压。因此，SOC芯片中采用低压差线性稳压器(LDO)电路将系统供电电压转换成数字电路的工作电压。LDO电路在休眠模式下维持数字电路的供电。对于LDO电路的传统架构而言，低功耗和小面积不可避免是两个相互制约的因素。图1示出根据一种现有技术的LDO电路的示意性电路图。该LDO电路100包括基准模块110、放大模块120、输出模块130和补偿模块140。基准模块110包括带隙基准电路(BGR)111和偏置电路112，分别用于提供基准电压和偏置电流。放大模块120包括运算放大器U1，用于将输出电压Vout的反馈信号与基准电压相比较，以获得二者的误差信号。输出模块130包括串联连接的调整管Q1和电阻R1和R2。该调整管的输出端提供输出电压Vout，电阻R1和R2组成分压网络以获得输出电压的反馈信号。调整管根据误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压Vout。补偿模块140包括串联的电容Co和电阻Ro，该补偿模块140例如片外电容及其寄生电阻串联而成，形成一个极点和零点来起到稳定补偿的作用。在LDO电路中使用的带隙基准电路111可以采用多种架构实现。图2示出在图1所示LDO电路中使用的一种带隙基准电路的示意性电路图。该带隙基准电路111包括3个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)M1至M3、10个双极晶体管B1至B3、一个运算放大器U11和两个电阻R11和R21，其中双极晶体管B2包括一组共8个双极晶体管。在LDO电路工作期间，运算放大器和晶体管将消耗大量的电能。图3示出在图1所示LDO电路中使用的另一种带隙基准电路的示意性电路图。该带隙基准电路111包括5个MOSFETMP1至MP3和MN1、MN2、10个双极晶体管B1至B3和两个电阻R11和R21，其中双极晶体管B2包括一组共8个双极晶体管。该带隙基准电路111省去了一个运算放大器U11，适合广泛uA级别功耗要求的应用，但是对于超低功耗(nA级别功耗性能)应用来说，电阻会占据巨大的面积，基本上不满足实际产品需求。此外，在现有的LDO电路中，输出模块130的调整管大多采用P型功率晶体管。采用P型功率晶体管更容易做到高运放增益和低电源电压，但是对于超低功耗时，反而会造成环路不稳定，特别是在电容负载需要达到几百pf且负载电流又很小的应用环境下，基本不可能在nA级别功耗下实现稳定性的需求。因此，希望进一步减小LDO电路的体积和功耗，以及提高容性负载的驱动能力，从而降低成本和提高市场竞争力。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是在于提供一种低压差线性稳压器，其中采用新颖的电路结构得以内置补偿电容、减小体积和功耗以及提高容性负载驱动能力。根据本专利技术的第一方面，提供一种低压差线性稳压器，用于将供电端提供的供电电压转换成输出端的输出电压，包括：基准模块，用于产生偏置电流和带隙基准电压；放大模块，与所述基准模块相连接，用于将输出电压与所述带隙基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；以及输出模块，与所述放大模块相连接，用于根据误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压，其中，所述输出模块包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制端接收所述误差信号，所述第二晶体管采用镜像方式从所述放大模块获得所述偏置电流，从而为所述第一晶体管提供所述偏置电流，所述第一晶体管和所述第二晶体管的中间节点作为所述输出端，提供所述输出电压。优选地，所述基准模块包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第三晶体管、第四晶体管和至少一个第五晶体管；以及串联连接在所述供电端和接地端之间的第六晶体管、第七晶体管、电阻和至少一个第八晶体管，其中，所述第三晶体管和第六晶体管构成电流镜，所述第四晶体管和第七晶体管构成电流镜，所述至少一个第五晶体管彼此并联连接，所述至少一个第八晶体管彼此并联连接，并且，所述至少一个第五晶体管和所述至少一个第八晶体管的控制端彼此连接且接地，所述基准电流流经所述第六晶体管。优选地，所述至少一个第五晶体管和所述至少一个第八晶体管的数量比大于1：8且小于等于1：1。优选地，所述基准模块还包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管，其中，所述第九晶体管与所述第六晶体管构成电流镜，从而获得所述基准电流，所述第十晶体管连接成二极管结构，所述第十一晶体管的控制端接地，所述第九晶体管和所述第十晶体管的中间节点提供所述带隙基准电压。优选地，通过设置所述第九晶体管与所述第六晶体管的宽长比的比例关系，获得所需数值的所述带隙基准电压。优选地，所述带隙基准电压的数值范围为1V到1.8V。优选地，所述第三晶体管、所述第六晶体管、所述第九晶体管分别为P型的金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第四晶体管、所述第七晶体管分别为N型的金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第十晶体管为N型或P型的金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第五晶体管、所述第八晶体管和所述第十一晶体管分别为PNP型双极晶体管。优选地，所述放大模块包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端和反相输入端分别接收所述带隙基准电压和所述输出电压，输出端提供所述误差信号。优选地，所述放大模块还包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第十二晶体管和第十三晶体管，其中，所述第十二晶体管采用镜像方式从所述基准模块获得所述偏置电流。优选地，所述第二晶体管与所述第十三晶体管形成电流镜。优选地，所述第十二晶体管为P型的金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第十三晶体管为N型的金属氧化物半导体场效应晶体管。优选地，还包括：补偿模块，与所述放大模块相连接，用于补偿所述输出电压，其中，所述补偿模块包括在所述供电端和所述放大模块的输出端之间的串联连接的第十四晶体管和电容，所述第十四晶体管工作于线性区从而作为补偿电阻与所述电容起到补偿作用。优选地，所述第十四晶体管为P型的金属氧化物半导体场效应晶体管。根据本专利技术的第二方面，提供一种基准模块，包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第三晶体管、第四晶体管和至少一个第五晶体管；以及串联连接在所述供电端和接地端之间的第六晶体管、第七晶体管、电阻和至少一个第八晶体管，其中，所述第三晶体管和第六晶体管构成电流镜，所述第四晶体管和第七晶体管构成电流镜，所述至少一个第五晶体管彼此并联连接，所述至少一个第八晶体管彼此并联连接，并且，所述至少一个第五晶体管和所述至少一个第八晶体管的控制端彼此连接且接地，所述基准电流流经所述第六晶体管。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压差线性稳压器，用于将供电端提供的供电电压转换成输出端的输出电压，包括：基准模块，用于产生偏置电流和带隙基准电压；放大模块，与所述基准模块相连接，用于将输出电压与所述带隙基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；以及输出模块，与所述放大模块相连接，用于根据误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压，其中，所述输出模块包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制端接收所述误差信号，所述第二晶体管采用镜像方式从所述放大模块获得所述偏置电流，从而为所述第一晶体管提供所述偏置电流，所述第一晶体管和所述第二晶体管的中间节点作为所述输出端，提供所述输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种低压差线性稳压器，用于将供电端提供的供电电压转换成输出端的输出电压，包括：基准模块，用于产生偏置电流和带隙基准电压；放大模块，与所述基准模块相连接，用于将输出电压与所述带隙基准电压进行比较，以获得二者的误差信号；以及输出模块，与所述放大模块相连接，用于根据误差信号控制调整管的电压降，从而稳定输出电压，其中，所述输出模块包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的控制端接收所述误差信号，所述第二晶体管采用镜像方式从所述放大模块获得所述偏置电流，从而为所述第一晶体管提供所述偏置电流，所述第一晶体管和所述第二晶体管的中间节点作为所述输出端，提供所述输出电压。2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其中，所述基准模块包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第三晶体管、第四晶体管和至少一个第五晶体管；以及串联连接在所述供电端和接地端之间的第六晶体管、第七晶体管、电阻和至少一个第八晶体管，其中，所述第三晶体管和第六晶体管构成电流镜，所述第四晶体管和第七晶体管构成电流镜，所述至少一个第五晶体管彼此并联连接，所述至少一个第八晶体管彼此并联连接，并且，所述至少一个第五晶体管和所述至少一个第八晶体管的控制端彼此连接且接地，所述基准电流流经所述第六晶体管。3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压器，其中，所述至少一个第五晶体管和所述至少一个第八晶体管的数量比大于1：8且小于等于1：1。4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其中，所述基准模块还包括：串联连接在所述供电端和接地端之间的第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管，其中，所述第九晶体管与所述第六晶体管构成电流镜，从而获得所述基准电流，所述第十晶体管连接成二极管结构，所述第十一晶体管的控制端接地，所述第九晶体管和所述第十晶体管的中间节点提供所述带隙基准电压。5.根据权利要求4所述的低压差线性稳压器，通过设置所述第九晶体管与所述第六晶体管的宽长比...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞峰，郑卫卫，张和平，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33