一种混合偏置电流的超低静态功耗LDO电路及其工作方法与流程

本发明涉及集成电路，具体为一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路及其工作方法。

背景技术：

1、低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)由于其低功耗、低纹波、结构简单的特征，被广泛应用于各种集成电路电源管理系统，在某些超低功耗应用场景中，如电子雷管控制芯片中，对于ldo的静态功耗提出了更高的要求，为了满足低功耗，ldo的设计倾向于更低的静态电流，但是低静态电流往往带来更低的带宽和转换速率，也就会降低ldo的瞬态响应能力。

2、则为了折衷功耗与速度，将自适应电流偏置技术或者动态电流偏置技术引入ldo中：自适应电流偏置技术会根据负载电流的大小来调整ldo的静态电流，因此其可以在轻载时保持低功耗，而在重载时得到更大的带宽和转换速率，但是其在从重载到轻载的切换过程中，其静态电流有下降的趋势，以及在轻载到重载的切换过程中，静态电流的增大存在一定的延时，这对于功率管栅极处的快速充放电仍是不利的；动态电流偏置技术是只在负载跳变时，动态的增大ldo的静态电流，而在负载稳定时维持低静态电流，这就可以在负载发生变化时加快过冲的恢复，但是该改善的效果却受制于动态偏置电流的持续时间，动态偏置电流持续时间比较短的情况下，可能导致ldo的输出电压还没有完全恢复，动态电流就消失了，也就无法进一步加快输出电压的恢复。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路及其工作方法，其可自适应调整ldo的静态电流，且可在兼顾低功耗的同时，获得更好的瞬态性能。

2、本发明采用如下技术方案，一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其包括：功率输出级，用于提供负载电流；

3、误差放大级，与所述功率输出级连接，用于放大输出电压与参考电压的误差量，以实现对所述功率输出级中负载电流的控制；

4、其特征在于，其还包括：

5、静态电流产生模块，用于产生基础偏置电流；

6、动态电流产生模块，连接于所述静态电流产生模块、误差放大级之间，用于根据基础偏置电流，产生负载跳变时的动态偏置电流，并将动态偏置电流输出至所述误差放大级；

7、自适应电流产生模块，连接于所述误差放大级、功率输出级之间，用于采样负载电流后，产生轻重载切换时的自适应偏置电流，并将自适应偏置电流输出至所述误差放大级。

8、进一步地，所述电路还包括：

9、基准电压产生模块，用于产生基准电压；

10、参考电压产生模块，连接于所述基准电压产生模块、误差放大级之间，用于根据基准电压产生可调的参考电压，并将参考电压输出至所述误差放大级，并且驱动所述动态电流产生模块；

11、进一步地，所述自适应电流产生模块包括晶体管m17、m19、m20、m21、m22、m23；所述功率输出级包括晶体管m18；所述晶体管m17、m18的漏极均连接电源电压vin，所述晶体管m17、m18的栅极端相连后接于所述晶体管m6、m8的漏极端相连的接点上，所述晶体管m23的漏极与所述晶体管m15的漏极相连接；

12、进一步地，在所述误差放大级与所述功率输出级之间连接有补偿电容cpar；

13、进一步地，所述动态电流产生模块包括晶体管m24、m25、m26、m27、m28、m29、m30、m31、m32、m33、m34；所述晶体管m24的漏极连接所述静态电流产生模块，所述晶体管m29、m34的漏极相连后接于所述晶体管m15的漏极，所述晶体管m26、m32的源极均连接参考电压，所述晶体管m27、m31的源极均连接输出电压；

14、进一步地，所述晶体管m26、m27、m30、m31均工作在亚阈值区，所述晶体管m26、m27、m30、m31的漏电流均满足：

15、

16、其中，μ为载流子迁移率；

17、cd为栅区下的耗尽层电容；

18、w为晶体管沟道宽度；

19、l为晶体管沟道长度；

20、vt为热电压；

21、vgs为晶体管栅源电压；

22、vth为晶体管阈值电压；

23、ξ＝1+cd/cox，cox为单位面积的栅氧化层电容；

24、vds为晶体管漏源电压；

25、进一步地，所述晶体管m17、m18的沟道长度相同，所述晶体管m17、m18的漏源电流均满足：

26、

27、其中，μ为载流子迁移率；

28、cox为单位面积的栅氧化层电容；

29、w为晶体管沟道宽度；

30、l为晶体管沟道长度；

31、vgs为晶体管栅源电压；

32、vth为晶体管阈值电压；

33、一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路的工作方法，包括：

34、采样获得流过功率输出级的负载电流，随后根据负载电流变化，通过自适应电流产生模块以产生自适应偏置电流，并将自适应偏置电流输出至误差放大级；

35、根据基础偏置电流，通过动态电流产生模块产生负载跳变时的动态偏置电流，并将动态偏置电流输出至所述误差放大级。

36、进一步地，负载跳变分为负载由轻载向重载跳变、负载由重载向轻载跳变；

37、当负载由轻载向重载跳变时，输出电压发生下冲，通过晶体管m32产生下冲瞬态的动态偏置电流，随后通过晶体管m33、m34输出给误差放大级；

38、当负载由重载向轻载跳变时，输出电压发生上冲，通过晶体管m27产生上冲瞬态的动态偏置电流，随后通过晶体管m28、m29输出给误差放大级。

39、本发明的有益效果是，通过将自适应偏置电流技术与动态电流偏置技术相结合，即不仅有随负载变化而产生的自适应偏置电流，而且还可以在轻载到重载、重载到轻载转换时产生额外的动态偏置电流，则将自适应偏置电流与动态偏置电流共同提供给误差放大级，在兼顾低功耗同时，可进一步提高ldo输出电压的瞬态响应能力，具有较好的使用价值。

技术特征：

1.一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其包括：功率输出级，用于提供负载电流；

2.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，所述电路还包括：

3.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，所述自适应电流产生模块包括晶体管m17、m19、m20、m21、m22、m23；所述功率输出级包括晶体管m18；所述晶体管m17、m18的漏极均连接电源电压vin，所述晶体管m17、m18的栅极端相连后接于所述晶体管m6、m8的漏极端相连的接点上，所述晶体管m23的漏极与所述晶体管m15的漏极相连接。

4.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，在所述误差放大级与所述功率输出级之间连接有补偿电容cpar。

5.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，所述动态电流产生模块包括晶体管m24、m25、m26、m27、m28、m29、m30、m31、m32、m33、m34；所述晶体管m24的漏极连接所述静态电流产生模块，所述晶体管m29、m34的漏极相连后接于所述晶体管m15的漏极，所述晶体管m26、m32的源极均连接参考电压，所述晶体管m27、m31的源极均连接输出电压。

6.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，所述晶体管m26、m27、m30、m31均工作在亚阈值区，所述晶体管m26、m27、m30、m31的漏电流均满足：

7.根据权利要求1所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，其特征在于，所述晶体管m17、m18的沟道长度相同，所述晶体管m17、m18的漏源电流均满足：

8.一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任一所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的一种混合偏置电流的超低静态功耗ldo电路的工作方法，其特征在于，负载跳变分为负载由轻载向重载跳变、负载由重载向轻载跳变；

技术总结本发明提供一种混合偏置电流的超低静态功耗LDO电路及其工作方法，其可自适应调整LDO的静态电流，且可在兼顾低功耗的同时，获得更好的瞬态性能；包括：功率输出级，用于提供负载电流；误差放大级，与功率输出级连接，用于放大输出电压与参考电压的误差量，以实现对功率输出级中负载电流的控制；静态电流产生模块，用于产生基础偏置电流；动态电流产生模块，连接于静态电流产生模块、误差放大级之间，用于根据基础偏置电流，产生负载跳变时的动态偏置电流，并将动态偏置电流输出至误差放大级；自适应电流产生模块，连接于误差放大级、功率输出级之间，用于采样负载电流后，产生轻重载切换时的自适应偏置电流，并将自适应偏置电流输出至误差放大级。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,李彦铭,陶永斌,赵成功,毛占岩受保护的技术使用者：盛泽芯集成电路（无锡）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18