一种无片外电容的低功耗快速瞬态响应LDO电路

本发明属于集成电路，具体的说是涉及一种无片外电容的低功耗快速瞬态响应的低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)电路。

背景技术：

1、ldo是一种广泛应用于片上系统供电的电源管理芯片，利用带隙基准配合误差放大器(ea)钳位输出电压，驱动功率管输出一定的负载电流，作为后级系统的稳定电源供给。一定场景下电源负载会在瞬间发生跳变，在ldo输出电压产生过冲，可能导致后级系统运行故障。

2、采用片外大输出电容可以削减输出过冲，但使用片外负载电容意味着面积的增加，尤其对于便携式小型设备，不利于系统的高密度集成。增大ea的带宽可以提高电路的瞬态响应速率，但带来的折衷是增加的功耗。当前应用较广泛的加快瞬态反应的方法是增加摆率增强通路，提供输出电压反馈的快速通道，然而额外的电流支路也会给电路带来增加的功耗。

技术实现思路

1、本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种无片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种无片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，其包括ldo主体电路、第一比较器comp1、第二比较器comp2、hl脉冲产生电路、hl脉冲延时电路、lh脉冲产生电路、lh脉冲延时电路、重载跳变轻载的充电pmos管mhl、轻载跳变重载的放电pmos管mlh、充电屏蔽mos管mphl和放电屏蔽mos管mplh。其特征在于：所述电路无需片外负载电容来削弱负载跳变导致的输出电压过冲，且基于低功耗设计下的ldo电路同时也能够保证快速的瞬态负载响应。

4、所述第一比较器comp1的两个输入端分别检测ldo主体电路中误差放大器的输出端va和vb，其输出端vhl1连接hl脉冲产生电路的输入端；所述第二比较器comp2的两个输入端分别检测ldo主体电路中误差放大器的输出端vb和va，其输出端vlh1连接lh脉冲产生电路的输入端；所述hl脉冲产生电路的输出端vhl连接重载跳变轻载的充电pmos管mhl的栅极、hl脉冲延时电路的输入端和充电屏蔽mos管mphl的漏极；所述lh脉冲产生电路的输出端vlh连接轻载跳变重载的充电pmos管mlh的栅极、lh脉冲延时电路的输入端和放电屏蔽mos管mplh的漏极；所述hl脉冲延时电路的输出端vpb连接放电屏蔽mos管mplh的栅极；所述lh脉冲延时电路的输出端vpa连接放电屏蔽mos管mphl的栅极；所述充电屏蔽mos管mphl的源极连接ldo的输入电压vin；所述放电屏蔽mos管mplh的源极连接ldo的输入电压vin；所述重载跳变轻载的充电pmos管mhl的源极连接ldo的输入电压vin，其漏极连接轻载跳变重载的放电pmos管mlh的源极和ldo主体电路中功率管mp的栅极vg；轻载跳变重载的放电pmos管mlh的漏极接地。

5、所述第一比较器comp1和第二比较器comp2结构一致，在正相输入端电压与反相输入端电压之差超过一定阈值时翻转输出，通过比较ldo主环路内误差放大器的正负输出va与vb之差来判断输出负载的变化情况。具体的，所述第一比较器comp1和第二比较器comp2包括第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3、第四mos管m4。所述第一比较器comp1中，第一mos管m1的栅极和第二mos管m2的栅极连接，该节点即所述第一比较器comp1的正相输入端vb，其漏极一同连接第三mos管m3的栅极，第一mos管m1的源极连接所述第一比较器comp1的反相输入端va；第二mos管m2的源极连接ldo的输入电压vin；第三mos管m3的源极连接ldo的输入电压vin，其漏极连接第四mos管m4的漏极，该节点即所述第一比较器comp1的输出端vlh1；第四mos管m4的源极接地，其栅极连接偏置电压vbias。所述第二比较器comp2的正相输入端为va，反相输入端为vb，输出端为vhl1。

6、所述lh脉冲产生电路通过前级第一比较器comp2的输出电平信号来输出一定脉宽的负脉冲控制放电pmos管mlh的通断，用来减弱ldo输出电压的瞬间下冲；所述hl脉冲产生电路，通过前级第一比较器comp1的信号来输出负脉冲控制充电pmos管mhl的通断，用来减弱ldo输出电压的瞬间过冲。具体的，所述lh脉冲产生电路和hl脉冲产生电路包括第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3、第四反相器inv4、第一与非门nand1、第一电容c1。所述lh脉冲产生电路中，第一反相器inv1、第三反相器inv3、第四反相器inv4按序首尾相连，第一反相器inv1的输入端即所述lh脉冲产生电路的输入端vlh1，第三反相器inv3的输出端通过电容c1接地，第四反相器inv4的输出端连接第一与非门nand1的一个输入端；第二反相器inv2的输入端连接第一反相器inv1的输出端，其输出端连接第一与非门nand1的另一个输入端；第一与非门nand1的输出端即所述脉冲产生电路的输出端vlh。所述hl脉冲产生电路结构一致，其输入端为vhl1，输出端为vhl。

7、所述lh脉冲延时电路由前级lh脉冲产生电路输出的短负脉冲延时产生一个宽负脉冲，用以控制充电屏蔽mos管mphl的通断，在轻载向重载跳变时屏蔽重载跳变轻载的充电pmos管mhl的开启；所述hl脉冲延时电路由前级hl脉冲产生电路输出的短负脉冲延时产生一个宽负脉冲，用以控制放电屏蔽mos管mplh的通断，在重载向轻载跳变时屏蔽轻载跳变重载的充电pmos管mlh的开启。具体的，所述lh脉冲延时电路包括第五反相器inv5、第六反相器inv6、第一或非门nor1、第五mos管m5、第二电容c2。所述lh脉冲延时电路中，第五反相器inv5的输入端即所述lh脉冲延时电路的输入端vlh，其输出端连接第五mos管m5的栅极和第一或非门nor1的一个输入端；第五mos管m5的漏极连接偏置电流源ibias的尾端，并连接第六反相器inv6的输入端，通过第二电容c2接地，其源极接地；第六反相器inv6的输出端连接第一或非门nor1的另一个输入端；第一或非门nor1的输出端即所述lh脉冲延时电路的输出端vpa。所述hl脉冲延时电路结构一致，其输入端为vhl，输出端为vpb。

8、本发明与现有技术相比，其有益效果为：本发明提出了一种无需片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，分别引入重载跳变轻载、轻载跳变重载的两个快速响应通路，对负载跳变作出快速响应，减小输出过冲。通过比较器检测负载跳变，输出控制脉冲。使用脉冲产生电路进一步处理，通过开启充电或放电pmos管快速改变ldo功率管栅极电压，以此在瞬间响应负载跳变。使用脉冲延时电路产生宽脉冲屏蔽另一快速响应通道的开启。另外，本发明电路中的晶体管多工作在亚阈值区，降低了系统功耗。本发明电路中没有使用片外负载电容，减小系统面积的同时也能快速响应负载跳变。

技术特征：

1.一种无需片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，其特征在于，包括ldo主体电路、第一比较器、第二比较器、hl脉冲产生电路、hl脉冲延时电路、lh脉冲产生电路、lh脉冲延时电路、重载跳变轻载的充电pmos管、轻载跳变重载的放电pmos管、充电屏蔽mos管和放电屏蔽mos管；

2.根据权利要求1所述的一种无需片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，其特征在于：所述比较器通过比较ldo主环路内误差放大器的正负输出之差来判断输出负载的变化情况，在正相输入端电压与反相输入端电压之差超过一定阈值时翻转输出，所述比较器包括第一mos管、第二mos管、第三mos管、第四mos管；第一mos管的栅极和第二mos管的栅极连接，该节点即所述比较器的正相输入端，其漏极一同连接第三mos管的栅极，第一mos管的源极连接所述比较器的反相输入端；第二mos管的源极连接ldo的输入电压；第三mos管的源极连接ldo的输入电压，其漏极连接第四mos管的漏极，该节点即所述比较器的输出端；第四mos管的源极接地，其栅极连接偏置电压。

3.根据权利要求1所述的一种无需片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，其特征在于：所述脉冲产生电路通过前级比较器的信号来输出负脉冲控制充电或放电pmos管的通断，用来减弱输出的瞬间过冲或瞬间下冲；所述脉冲产生电路包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一与非门、第一电容；第一反相器、第三反相器、第四反相器按序首尾相连，第一反相器的输入端即所述脉冲产生电路的输入端，第三反相器的输出端通过第一电容接地，第四反相器的输出端连接第一与非门的一个输入端；第二反相器的输入端连接第一反相器的输出端，其输出端连接第一与非门的另一个输入端；第一与非门的输出端即所述脉冲产生电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种无需片外电容的低功耗快速瞬态响应ldo电路，其特征在于：所述脉冲延时电路由前级脉冲产生电路输出的短负脉冲延时产生一个宽负脉冲，用以控制屏蔽mos管的通断，在负载跳变时屏蔽另一通路mos管的开启；所述脉冲延时电路包括第五反相器、第六反相器、第一或非门、第五mos管、第二电容；第五反相器的输入端即所述脉冲延时电路的输入端，输出端连接第五mos管的栅极和第一或非门的一个输入端；第五mos管的漏极连接偏置电流源的尾端，并连接第六反相器的输入端，通过第二电容接地，第五mos管的源极接地；第六反相器的输出端连接第一或非门的另一个输入端；第一或非门的输出端即所述脉冲延时电路的输出端。

技术总结本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种无片外电容的低功耗快速瞬态响应LDO电路。包括LDO主体电路、第一比较器COMP1、第二比较器COMP2、HL脉冲产生电路、HL脉冲延时电路、LH脉冲产生电路、LH脉冲延时电路、重载跳变轻载的充电PMOS管M<subgt;HL</subgt;、轻载跳变重载的放电PMOS管M<subgt;LH</subgt;、充电屏蔽MOS管M<subgt;PHL</subgt;和放电屏蔽MOS管M<subgt;PLH</subgt;。比较器检测负载跳变，输出电平信号至脉冲产生电路进一步处理，通过开启充电或放电PMOS管快速改变LDO功率管栅极电压，在瞬间响应负载跳变；脉冲延时电路根据脉冲产生电路输出的窄负脉冲，产生宽负脉冲屏蔽另一PMOS管的开启。本发明所提出的电路，可广泛应用于电源管理系统，降低了系统功耗，减小了系统面积，增强了负载瞬态响应。技术研发人员：罗萍,何天羿,王浩受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15