基于开关电容积分环路的模数混合LDO电路及其工作方法

本发明涉及模数混合ldo电路，具体涉及基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路及其工作方法。

背景技术：

1、ldo(low dropout regulator)，即低压差线性稳压器，其作用是利用负反馈的原理将一个不稳定的、没有带负载能力的电压转化为一个稳定的、有带负载能力的电压。生活中几乎所有的电子系统都需要电源管理模块来对其他各个模块的供电电压进行管理和分配，而ldo输出纹波小、适用于高品质负载以及便于集成等特点，都使得ldo电路在各类电子系统中被广泛应用。

2、随着近几年来iot（internet of things，物联网）、能量收集等方向的兴起，电子系统被要求以更小的体积尽可能地工作在更低的功耗、更高的能效、更微弱的电流以及更低的电压域下，而ldo作为电源管理模块中的重要一环，也需要面临更低功耗、更高能效和更低电压域等诸多考验。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何使低压差线性稳压器获得超低电压下的大负载以及获得更低的输出纹波，本发明的目的在于提供基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路及其工作方法，通过数字环路在稳定的工作状态下实现超低电压下的大负载，通过模拟环路在稳定的工作状态下替代锁定后的数字环路能够获得更低的输出纹波。

2、本发明的具体方案如下：

3、基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，包括：

4、模拟环路，所述模拟环路具有开关电容积分器、第一功率管和动态比较器，所述开关电容积分器、第一功率管和动态比较器组成环状的模拟环路；

5、数字环路，所述数字环路具有移位寄存器和第二功率管，所述移位寄存器和第二功率管组成环状的数字环路；

6、通过所述数字环路在稳定的工作状态下实现超低电压下的大负载，通过所述模拟环路在稳定的工作状态下替代锁定后的数字环路能够获得更低的输出纹波。

7、可选的，所述模拟环路采用一对互补时钟控制一对电容循环充放电来实现近似线性积分的目的，所述开关电容积分器用于近似线性积分，使所述模数混合ldo电路结构的模拟环路的里的运放能够进行反馈调节。

8、可选的，所述开关电容积分器用于对所述第一功率管进行开关调节。

9、可选的，所述移位寄存器用于对所述第二功率管进行阵列式的开关调节。

10、可选的，所述移位寄存器、动态比较器、开关电容积分器和序列检测器都连接有时钟，其中，所述序列检测器设置在所述模数混合ldo电路内，序列检测器用于检测所述ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列。

11、其中，所述第一功率管和第二功率管为mos管。

12、基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路的工作方法，包括如下步骤：

13、步骤1)：将开关电容积分器作为模拟环路，将移位寄存器作为数字环路；

14、步骤2)：将模拟环路和数字环路架构成ldo电路；

15、步骤3)：使用模数混合ldo电路，其中，数字环路在稳定的工作状态下实现超低电压下的大负载，模拟环路在稳定的工作状态下替代锁定后的数字环路而获得更低的输出纹波。

16、可选的，在步骤2)中，利用所述移位寄存器对第二功率管进行阵列式的开关调节。

17、可选的，在步骤3)中，所述ldo电路的工作方法采用如下步骤：

18、步骤s1)：利用所述移位寄存器对第二功率管进行开关调节；

19、步骤s2)：利用所述开关电容积分器对第一功率管进行开关调节；

20、步骤s3)：采用边沿检测的方式判定所述ldo电路的工作状态，其中，检测到一对连续触发的相反沿组成的沿则判定ldo电路由粗调挡位进入中调挡位(中调挡位进入细调挡位、细调挡位进入稳态皆同理)，中调挡位进入细调挡位以及细调挡位进入稳态，ldo电路进入稳态后仅保留细调挡位；

21、步骤s4)：利用序列检测器检测所述动态比较器所比较的ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列，所述比较结果序列作为判定ldo电路是否失锁的依据，若检测到ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列相同则判定ldo电路失锁，并重新开始调节码字；若检测到ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列不相同，则判定ldo电路正常工作。

22、这里，主要是采用序列检测器检测ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列作为判定ldo电路是否失锁的判据，即检测到00000或者11111的码字时判定ldo电路失锁，重新调节码字。

23、可选的，在步骤3)中，所述模拟环路采用一对互补时钟各自连接对应的电容进行循环充放电，实现近似线性积分的目的。

24、本发明的有益效果：

25、1.本发明包括模拟环路和的数字环路，模拟环路具有开关电容积分器、第一功率管和动态比较器，开关电容积分器、第一功率管和动态比较器组成环状的模拟环路，数字环路具有移位寄存器和第二功率管，移位寄存器和第二功率管组成环状的数字环路，通过数字环路在稳定的工作状态下实现超低电压下的大负载，通过模拟环路在稳定的工作状态下替代锁定后的数字环路能够获得更低的输出纹波。

26、2.本发明的模拟环路的开关电容积分器的调节环路取代了传统的运放调节环路，利用开关电容积分器对第一功率管进行开关调节使模拟环路在稳定工作状态下替代数字环路从而获得更低的输出纹波，通过使用开关电容积分器，实现更低的工作电压域、更低的功耗和更高的能效，本发明的数字环路利用移位寄存器对第二功率管进行阵列式的开关调节使数字环路解决超低电压下的大负载问题。

27、3.本发明提出了一种基于开关电容积分器的调节环路取代了传统的运放调节环路，从而降低功耗、提高能效，同时使得该ldo方案相较于采用传统运放环路的ldo方案能够工作在更低电压域下。同时，该方案采用了模数混合架构ldo方案，既保留了模拟ldo的优点：具有较小的输出纹波（没有数字ldo中存在的有限周期振荡，lco的问题），又避免了模拟ldo在iot应用场景的缺点：在超低dropout或电压下无法实现大负载的问题以及静态电流较大的问题。

技术特征：

1.基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，包括：

2.根据要求1所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，所述模拟环路采用一对互补时钟控制一对电容循环充放电来实现近似线性积分的目的，所述开关电容积分器用于近似线性积分，使所述模数混合ldo电路结构的模拟环路的里的运放能够进行反馈调节。

3.根据要求2所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，所述开关电容积分器用于对所述第一功率管进行开关调节。

4.根据要求1所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，所述移位寄存器用于对所述第二功率管进行阵列式的开关调节。

5.根据要求4所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，所述移位寄存器、动态比较器、开关电容积分器和序列检测器都连接有时钟，其中，所述序列检测器设置在所述模数混合ldo电路内，序列检测器用于检测所述ldo电路输出的电压和ref电路输出的电压的比较结果序列。

6.根据要求1所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，所述第一功率管和第二功率管为mos管。

7.基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路的工作方法，采用的是根据要求1-6任意一项所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路的工作方法，其特征在于，在所述步骤2)中，利用所述移位寄存器对第二功率管进行阵列式的开关调节。

9.根据权利要求7所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路的工作方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述ldo电路的工作方法采用如下步骤：

10.根据权利要求7所述的基于开关电容积分环路的模数混合ldo电路的工作方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述模拟环路采用一对互补时钟各自连接对应的电容进行循环充放电，实现近似线性积分的目的。

技术总结本发明公开了基于开关电容积分环路的模数混合LDO电路及其工作方法，涉及模数混合LDO电路技术领域，包括：模拟环路和的数字环路，模拟环路具有开关电容积分器、第一功率管和动态比较器，开关电容积分器、第一功率管和动态比较器组成环状的模拟环路，数字环路具有移位寄存器和第二功率管，移位寄存器和第二功率管组成环状的数字环路，模拟环路的开关电容积分器的调节环路取代了传统的运放调节环路；本发明的有益效果：通过数字环路在稳定的工作状态下实现超低电压下的大负载，通过模拟环路在稳定的工作状态下替代锁定后的数字环路能够获得更低的输出纹波。技术研发人员：杨世恒,杨欣宇,韩正轩,林世坤,徐昊,月朋晶,徐彰,刘佳序,朱子昊,刘悦多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：2024/7/29