基于负载检测技术的低功耗高瞬态响应低压差线性稳压器

本发明涉及集成电路，具体涉及一种基于负载检测技术的低功耗高瞬态响应低压差线性稳压器。

背景技术：

1、低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)因其具有低功耗、快速响应、结构简单、易于集成等特性，广泛应用于便携式电子设备之中。传统ldo由于外接电容的存在，不利用片内集成，同时会增加使用成本，应用场景受到很大限制，无片外电容型ldo成为当前的研究热点。但无片外电容型ldo的瞬态响应、稳定性等性能不如传统型ldo。一些数字电路、射频电路对速度要求十分严格，ldo若不能在负载切换时快速稳定输出电压，会导致芯片不能正常工作，甚至致使芯片烧毁。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是在于提出一种基于负载检测技术的低功耗高瞬态响应ldo，以解决在低静态电流条件下，无片外电容ldo的瞬态响应、稳定性等性能不如传统型ldo的问题。

2、为解决上述问题，本发明基于负载检测技术，提供了一种低功耗高瞬态响的ldo电路，包括偏置电压电路、误差放大器、输出级电路、自适应偏置结构、欠冲抑制电路和过冲抑制电路。

3、所述偏置电压电路包括nmos管mn1～mn4，pmos管mp1～mp4，电阻r1；其中mn1的漏极与栅极相连构成二极管连接方式，mn1的源极接地，mn1的栅极作为所述偏置电压电路的输出端vbn与所述误差放大器的nmos管mn11的栅极、所述过冲抑制电路的nmos管mn16的栅极和所述欠冲抑制电路的nmos管mn18、mn19的栅极相连接；mn2、mn3的栅极相连接，mn2、mn3的源极接地；mn4的栅极与mn1、mn2的栅极相连接，mn4的源极接地；mp1的栅极连接mp2的漏极，mp1的漏极连接mn1的漏极；mp2的栅极与mp3的栅极连接，mp2的漏极与mn2的漏极相连接，mp2的源极连接电源；mp3以二极管方式连接，mp3的漏极与mn3的漏极相连接；mp4以二极管方式连接，mp4的漏极与mn4的漏极连接，mp4的源极连接电源，mp4的栅极作为所述偏置电压电路的输出端vb与所述过冲抑制电路的pmos管mp13的栅极相连接；电阻r1的下端与mp1、mp3的源极相连接，电阻r1的上端连接电源。

4、所述误差放大器包括nmos管mn5～mn11，pmos管mp5～mp10；mn5、mn6的源极相连接，mn5、mn6的漏极分别与mp5、mp6的漏极相连接，mn5的栅极与所述输出级电路的反馈电压vf相连接，mn6的栅极与参考电压vref相连接；mn7～mn10构成自偏置共源共栅结构：mn7以二极管方式连接，mn7、mn8的栅极相连接，mn7、mn8的源极分别与mn9、mn10的漏极相连接；mn9、mn10的栅极相连接，mn9、mn10的源极接地；mn11的栅极与所述偏置电压电路的nmos管mn1的栅极相连接，mn11的漏极与mn5的源极相连接，mn11的源极接地；mp5～mp8构成交叉耦合结构：mp5、mp6以二极管方式连接，mp5、mp6的源极连接电源，mp5、mp6的栅极分别与mp7、mp8的栅极连接；mp7、mp8的源极连接电源，mp7、mp8的漏极分别与mp6、mp5的漏极相连接；mp9的栅极与mp6的漏极相连接，mp9的漏极分别与mn7、mn9的栅极相连接，mp9的源极连接电源；mp10的栅极与mp5的漏极相连接，mp10的源极连接电源，mp10的漏极与mn8的漏极相连接，并作为所述误差放大器的输出端vg与所述自适应偏置电路的pmos管mp11的栅极、所述输出级电路的pmos管mp12的栅极、所述过冲抑制电路的电容c4的上端和所述欠冲抑制电路的nmos管mn20的漏极相连接。

5、所述自适应偏置电路包括nmos管mn12、mn13，pmos管mp11；mn12以二极管方式连接，mn12的栅极与mn13的栅极相连接，mn12的源极接地；mn13的漏极与mn5的源极相连接，mn13的源极接地，mn13为所述误差放大器提供自适应偏置电流；mp11的漏极与mn12的漏极相连接，mp11的源极连接电源，mp11的栅极与所述误差放大器的pmos管mp10的漏极相连接。

6、所述输出级电路包括pmos管mp12、电阻r2和电阻r3；mp12为功率管，mp12的栅极与所述误差放大器的pmos管mp10的漏极相连接，mp12的漏极与反馈电阻网络中电阻r2的上端相连接，并作为所述ldo的输出端vout连接负载，mp12的源极连接电源；电阻r2的下端连接电阻r3的上端；电阻r3的上端作为反馈电压vf的输出端与所述误差放大器的nmos管mn5的栅极相连接，电阻r3的下端接地。

7、所述过冲抑制电路包括nmos管mn14～mn17，pmos管mp13～mp15，电容c4和电阻r4；mn14、mn15的源极均接地，mn14以二极管方式连接，mn14的漏极与mp13的漏极相连接，mn14的栅极与电阻r4的下端相连接；mn15的栅极与电阻r4的上端相连接，mn15的漏极与mp14的漏极相连接；mn16、mn17的源极均接地，mn16的栅极与所述偏置电压电路的nmos管mn1的栅极相连接，mn16的漏极与mp15的漏极相连接；mn17的栅极与mn16的漏极相连接，mn17的漏极与所述输出级电路pmos管mp12的漏极相连接；mp13的栅极与所述偏置电压电路的pmos管mp4的栅极相连接，mp13的源极连接电源；mp14、mp15的栅极相连接，mp14、mp15的源极连接电源；mp14以二极管方式连接；电容c4的上端与所述误差放大器pmos管mp10的漏极相连接，电容c4的下端与电阻r4的上端相连接。

8、所述欠冲抑制电路包括nmos管mn18～mn20，pmos管mp16、mp17，电容c5和电阻r5；mn18、mn19的源极均接地，mn18、mn19的栅极均与所述偏置电压电路的nmos管mn1的栅极相连接，mn18的漏极与mp16的漏极相连接；mn19的漏极与mp17的漏极相连接；mn20的栅极与mn19的漏极相连接，mn20的源极接地，mn20的漏极与所述误差放大器的pmos管mp10的漏极相连接；mp16、mp17的源极均连接电源，mp16以二极管方式连接，mp16的栅极与电阻r5的上端相连接；mp17的栅极与电阻r5的下端相连接；电容c5的下端与所述输出级电路的mp12的漏极相连接，电容c5的上端与电阻r5的下端相连接。

9、所述ldo电路还包括补偿电容c1～c3：电容c1、电容c2的右端与pmos管mp12的漏极相连接，电容c1的左端与pmos管mp10的栅极相连接；电容c2的左端与nmos管mn8的源极相连接；电容c3的上端与pmos管mp12的漏极相连接，电容c3的下端与电阻r2的下端相连接。

10、优选地，所述电路不采用片外电容，而采用自适应偏置结构和过冲/欠冲抑制电路来提高所述电路的瞬态特性。

11、优选地，所述自适应偏置结构使误差放大器的带宽动态跟随负载电流的变化，提高ldo的响应速度，ldo环路带宽最高可达3mhz，响应时间小于2μs。

12、优选地，所述过冲/欠冲抑制电路在负载跳变时，为功率管漏极/栅极提供快速放电通道，抑制过冲/欠冲电压，过冲电压小于100mv，欠冲电压小于300mv。

13、优选地，所述电路采用交叉耦合结构的误差放大器，通过调节耦合对mp5与mp7、mp6与mp8的比例为4:3，来满足系统对带宽与稳定性的需求。

14、优选地，所述ldo电路在无负载时，mos管均工作于亚阈值区，静态电流低于5μa。

15、本发明中的一种基于负载检测技术的低功耗高瞬态响应ldo，采用自适应偏置结构，可根据负载电流大小为前级误差放大器提供偏置电流，提高系统带宽，进而提高ldo的响应速度；负载跳变时，过冲/欠冲抑制电路为功率管漏极/栅极提供快速放电通道，减小电压冲量，从而优化电路瞬态响应性能；采用交叉耦合结构的误差放大器，通过调节耦合对的比例来满足系统对带宽和稳定性的需求；在无负载时，电路中所有mos管工作于亚阈值区，从而实现低功耗。