双环路低压差线性稳压器制造技术

本发明专利技术公开了一种双环路低压差线性稳压器，包括：第一环路和第二环路，其中，第一环路是由第一放大级、第二放大级、第三放大级、第一补偿网络和第二补偿网络一起构成的三级放大器，第二环路是由第二放大级、第四放大级、第五放大级和第三补偿网络构成的三级放大器。本发明专利技术的第一环路控制LDO恒压输出，第二环路限制LDO的输出电流，避免在过流条件出现时输出电流超过过流点，并且第二补偿网络与LDO输出端口外接负载电容一起实现伪ESR调零补偿网络集成在第一环路中，实现了第一环路的频率补偿；同时第二环路第二放大级与第一环路第二放大级共用简化了传统的双环路LDO电路，减小了芯片面积和功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电源管理
，具体涉及一种低压差线性稳压器(LD0，LowDropout Regulator)的设计。
技术介绍
随着集成电路向SoC (System on Chip)方向的发展，电源管理单元逐步集成到芯片内部，且扮演着重要的角色。低压差线性稳压器作为电源管理模块中的一个重要类型，由于能给噪声敏感的模拟模块提供低噪声、高精度的稳定供电电压而被广泛应用。在LDO可靠性方面，由于上电建立、电源供电能力有限、LDO过载等因素，LDO经常会处于非稳定工作状态，基于上述原因会出现诸多问题(I)在LDO建立过程中，环路负反馈机理促使功率管对外输出大电流，LDO供电模块有可能因此被拉低，导致系统中其它模块 失效；(2) LDO输出短路或过载时，输出电流过大，导致LDO温度升高直至烧毁。针对上述LDO在非稳定状态出现的问题，通常采用过温保护和过流保护电路来解决上述问题。传统的过流保护设计有三种，一种是采用比较器检测功率管输出是否过流，在过流后直接将功率管关断，这种电路的缺点是电路过流恢复到正常需要较长的时间；第二种是折返电流限，将过流后的输出电流限制在一个较小的值，既不会有很大的功耗，也不需要较长时间即可使电路从过流转换到正常工作，但是其缺点是折返电流限的限流值处于LDO正常工作输出电流范围内，故障消除时电流限环路不易退出，导致LDO不能正常工作，而且折返电流限通常会有额外的限流环路和大的调整管，增加了芯片面积；第三种是恒定限流电路，这种电路在过流条件出现时，将输出电流限制在设定的过流点，传统的方法是采用独立于恒压环路的恒流环路来监控功率管的输出电流，在过流发生条件成立时，控制功率管使输出电流为设置的恒定电流值，比如平滑峰值电流限技术，但是往往采用逻辑控制的方式在彼此独立的恒压环路和恒流环路之间切换,控制复杂而且恒流环路中额外的调整管增加了芯片面积。在LDO稳定性设计方面，采用片外电容补偿的LDO利用外挂负载电容的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)产生有效零点实现补偿的传统做法,增加输出瞬态响应的peak，并且ESR会波动，离散性很大，而且需要的ESR较大，很难实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现LDO存在的上述问题，本专利技术提出了一种双环路低压差线性稳压器。本专利技术的技术方案一种双环路低压差线性稳压器，具体包括第一环路和第二环路，其中，第一环路是由第一放大级、第二放大级、第三放大级、第一补偿网络和第二补偿网络构成的三级放大器，第二环路是由第二放大级、第四放大级、第五放大级和第三补偿网络构成的三级放大器；所述的第一放大级的正向输入端接外部的基准电压源作为所述线性稳压器的参考电压源信号的输入端，第一放大级的负向输入端与第二补偿网络的第四端相连，第一放大级的输出端与第二放大级的第一负向输入端、第一补偿网络的第一端相连，第一放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第二放大级的第二负向输入端与第五放大级的输出端、第三补偿网络的第二端相连，第二放大级的输出端与第一补偿网络的第二端、第四放大级的第一输入端、第二补偿网络的第一端、第三放大级的输入端相连，第二放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第三放大级的输出端、第二补偿网络的第二端、第四放大级的第二输入端连接作为所述LDO的输出端，第三放大级的反馈端与第二补偿网络的第三端连接作为所述LDO输出端电压反馈端。所述第四放大级的第一输出端与第三补偿网络的第一端相连，第四放大级的第二输出端与第三补偿网络的第四端相连；所述的第五放大级的负向输入端与第三补偿网络的第三端相连，第五放大级的偏置端为偏置信号输入端。本专利技术的有益效果I、本专利技术的双环路LD0，由第一放大级、第二放大级、第三放大级、第一补偿网络和第二补偿网络一起构成的第一环路控制LDO恒压输出，由第二放大级、第四放大级、第五放大级和第三补偿网络构成的第二环路限制LDO的输出电流，避免在过流条件出现时输出电 流超过过流点，并且第二补偿网络与LDO输出端口外接负载电容一起实现伪ESR调零补偿网络集成在第一环路中，实现了第一环路频率补偿。2、本专利技术提出的LDO工作的最小输入电压为5. 5V，使用2uF的外接负载电容进行仿真，本专利技术的LDO能够驱动15mA的电流且仅仅需要50uA的静态电流。在轻、重负载下，本专利技术所提出的LDO第一环路的相位裕度最小为47. 6°，能够保证系统稳定，同时单位增益带宽在轻、重负载时分别为93. 68KHz和5. 23MHz，而本专利技术所设计的LD0，在供电电源供电能力有限时，在500us时间内可稳定建立起来。3、在过流条件出现时，本专利技术提出的LDO通过第二环路限制对外输出电流幅度，解决过流现象导致的温升，烧毁，供电电源被拉低等问题，同时第二环路第二放大级与第一环路第二放大级共用简化了传统的双环路LDO电路，减小了芯片面积和功耗。本专利技术LDO的伪ESR结构代替传统方案中的输出电容的ESR，解决了传统方案ESR会增加输出瞬态响应的peak，并且ESR会波动，离散性大问题，电路含有伪ESR结构，在系统的零极点特性上具有与外接ESR相同的效果，而且额外增加的功耗几乎为零。附图说明图I为本专利技术提出的LDO结构示意图。图2为本专利技术提出的LDO的整体电路结构示意图。图3为误差放大器ERR0R_AMP的小信号等效电路示意图。图4为LDO的第一环路小信号等效电路示意图。图5为LDO的第二环路小信号等效电路示意图。图6为本专利技术LDO的第一环路频率响应示意图。图7为本专利技术LDO的负载瞬态响应的整体图形示意图。图8为LDO的建立过程及输出电流图形示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。如图I所示，本专利技术的双环路LDO电路具体包括第一环路和第二环路。第一环路是由第一放大级AMP1、第二放大级AMP2、第三放大级AMP3、第一补偿网络CPNETl和第二补偿网络CPNET2构成的三级放大器，其中，AMPl、AMP2和CPNETl构成误差放大器ERR0R_AMP。第二环路是由第二放大级AMP2、第四放大级AMP4、第五放大级AMP5和第三补偿网络CPNET3构成的三级放大器。具体连接关系为所述第一放大级AMPl的正向输入端接外部的基准电压源VREF作为所述线性稳压器的参考电压源信号的输入端，第一放大级AMPl的负向输入端与第二补偿网络CPNET2的第四端相连，第一放大级AMPl的输出端与第二放大级AMP2的第一负向输入端、第一补偿网络CPNETl的第一端相连，第一放大级AMPl的偏置端用于输入外部的第一偏置信号VBl相连；所述的第二放大级AMP2的第二负向输入端与第五放大级AMP5的输出端、第三补偿网络CPNET3的第二端相连，第二放大级AMP2的输出端与第一补偿网络CPNETl的第二端、第四放大级AMP4的第一输入端、第二补偿网络CPNET2的第一端、第三放 大级AMP3的输入端相连，AMP2的偏置端与用于输入外部的第二偏置信号VB2相连；所述第三放大级AMP3的输出端、第二补偿网络CPNET2的第二端、第四放大级AMP4的第二输入端连接作为所述LDO的输出端，第三放大级AMP3的反馈端与第二补偿网络CPNET2的第三端连接作为所述LDO输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双环路低压差线性稳压器，具体包括：第一环路和第二环路，其中，第一环路是由第一放大级、第二放大级、第三放大级、第一补偿网络和第二补偿网络构成的三级放大器，第二环路是由第二放大级、第四放大级、第五放大级和第三补偿网络构成的三级放大器；所述第一放大级的正向输入端接外部的基准电压源作为所述线性稳压器的参考电压源信号的输入端，第一放大级的负向输入端与第二补偿网络的第四端相连，第一放大级的输出端与第二放大级的第一负向输入端、第一补偿网络的第一端相连，第一放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第二放大级的第二负向输入端与第五放大级的输出端、第三补偿网络的第二端相连，第二放大级的输出端与第一补偿网络的第二端、第四放大级的第一输入端、第二补偿网络的第一端、第三放大级的输入端相连，第二放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第三放大级的输出端、第二补偿网络的第二端、第四放大级的第二输入端连接作为所述LDO的输出端，第三放大级的反馈端与第二补偿网络的第三端连接作为所述LDO输出端电压反馈端。所述的第四放大级的第一输出端与第三补偿网络的第一端相连，第四放大级的第二输出端与第三补偿网络的第四端相连；所述的第五放大级的负向输入端与第三补偿网络的第三端相连，第五放大级的偏置端为偏置信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种双环路低压差线性稳压器，具体包括第一环路和第二环路，其中，第一环路是由第一放大级、第二放大级、第三放大级、第一补偿网络和第二补偿网络构成的三级放大器，第二环路是由第二放大级、第四放大级、第五放大级和第三补偿网络构成的三级放大器； 所述第一放大级的正向输入端接外部的基准电压源作为所述线性稳压器的参考电压源信号的输入端，第一放大级的负向输入端与第二补偿网络的第四端相连，第一放大级的输出端与第二放大级的第一负向输入端、第一补偿网络的第一端相连，第一放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第二放大级的第二负向输入端与第五放大级的输出端、第三补偿网络的第二端相连，第二放大级的输出端与第一补偿网络的第二端、第四放大级的第一输入端、第二补偿网络的第一端、第三放大级的输入端相连，第二放大级的偏置端为偏置信号输入端；所述的第三放大级的输出端、第二补偿网络的第二端、第四放大级的第二输入端连接作为所述LDO的输出端，第三放大级的反馈端与第二补偿网络的第三端连接作为所述LDO输出端电压反馈端。所述的第四放大级的第一输出端与第三补偿网络的第一端相连，第四放大级的第二输出端与第三补偿网络的第四端相连；所述的第五放大级的负向输入端与第三补偿网络的第三端相连，第五放大级的偏置端为偏置信号输入端。2.根据权利要求I所述的线性稳压器，其特征在于，所述的第一放大级由PMOS管MP1、MP4、MP5，NMOS管丽I、丽2构成，其中，PMOS管MPl管栅极作为第一放大级的偏置端用于输入第一偏置信号，MPl的源极接外部电源，MP4的栅极作为第一放大级的正向输入端，MP4的源极与MP5的源极、MPl的漏极相连，MP4的漏极、丽I的栅极和漏极与丽2的栅极相连，MP5的栅极为第一放大级的负向输入端，MP5管漏极与MN2管漏极相连作为第一放大级的输出端，丽I的源极与丽2管的源极均接地。3.根据权利要求I所述的线性稳压器，其特征在于，所述的第二放大级由PMOS管MP3、NMOS管丽3、MN4管构成，其中，PMOS管MP3的栅极为第二放大级的偏置端用于输入第二偏置信号，MP3的漏极与MN3的漏极相连作为第二放大级的输出端，MN3的栅极作为第二放大级的第一负向输入端，MN3的源极与MN4的漏极相连，MN4的栅极作为第二放大级的第二负向输入端，MN4的源极接地。4.根据权利要求I所述的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，吴传奎，王霞，谢海武，石跃，王卓，明鑫，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：