專利名稱：低壓差線性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種穩(wěn)壓器，特別涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
在一個電子產(chǎn)品中，要用到多種大小不同的電源，因此，電源管理芯片被廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中。電源管理芯片種類繁多，如降壓變換電路芯片Buck，低壓差線性穩(wěn)壓器 LD0，升壓變換電路芯片Boost，升降壓型變換電路芯片Buck-Boost，庫克變換電路芯片Cuk 等等。其中低壓差線性穩(wěn)壓器LD0，由于功耗較低，因此，被廣泛應(yīng)用在DC-DC電源管理芯片中?，F(xiàn)有技術(shù)的LD0，經(jīng)常需要大的靜態(tài)電流使LDO反饋環(huán)路具有較大的帶寬，以維持輸出端的穩(wěn)定，同時提高LDO的帶負載能力。但在小的負載電流情況下，大的靜態(tài)電流也會產(chǎn)生較高的功耗。也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中的LDO輸出電流是恒定不變的，即LDO的靜態(tài)電流為恒定值，不能根據(jù)負載電流的大小而進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服以上不足，提供了一種能夠根據(jù)負載電流的大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)電流的低壓差線性穩(wěn)壓器。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是一種低壓差線性穩(wěn)壓器，包括全差分運算放大器，其輸出端為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，用于穩(wěn)定低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端的電壓值；偏置電流控制電路，根據(jù)全差分運算放大器輸出端的負載電流大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)全差分運算放大器的靜態(tài)電流。進一步的，所述全差分運算放大器包括第一級電路和第二級電路。進一步的，所述第一級電路包括第一電流源、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管，所述第三晶體管的柵漏極短接后的公共點與第二晶體管的漏極電連接，所述第四晶體管的柵漏極短接后的公共點與第一晶體管的漏極電連接，所述第三晶體管和第四晶體管的共源端接電源電壓，所述第一晶體管和第二晶體管的共源端通過第一電流源接地，所述第一晶體管的柵極端為參考電壓的輸入端，所述第二晶體管的柵極端為全差分運算放大器的輸出端；所述第二級電路包括第二電流源、第五晶體管、反饋支路，所述第五晶體管的源極端接電源電壓、柵極端與第四晶體管柵極電連接、漏極端接全差分運算放大器的輸出端，所述反饋支路并接在第五晶體管的柵漏端，所述第二電流源的負接接地、正端接全差分運算放大器的輸出端，所述第四晶體管的柵極端為反饋信號控制端，所述第五晶體管的柵極端為負載電流控制端。進一步的，所述反饋支路包括第一電阻、第一電容，所述第一電阻和第一電容串聯(lián)后，其電阻端接第五晶體管的柵極端，其電容端接第五晶體管的漏極。進一步的，所述第五晶體管的寬長比與第四晶體管的寬長比的比值范圍為10 1 到 100 1。進一步的，所述偏置電流控制電路包括第六晶體管、第七晶體管、第八晶體管、第九晶體管，所述第六晶體管的源極接電源電壓、柵極端與全差分運算放大器的負載電流控制端電連接、漏極分別連接第七晶體管的漏極端和第八晶體管的柵極端，所述第七晶體管的源極端分別連接第八晶體管漏極端和第九晶體管的柵極端，所述第七晶體管的柵極端為使能信號控制端，所述第八晶體管和第九晶體管的源極端接地，所述第九晶體管的漏極端與第一電流源的正端連接。進一步的，所述第九晶體管的寬長比與第八晶體管的寬長比的比值為2 1。本實用新型的有益效果是當(dāng)負載電流較小時，輸出電壓與參考電壓相當(dāng)，第一電流源中的電流的一半流經(jīng)第四晶體管，第四晶體管與第六晶體管構(gòu)成電流鏡，第六晶體管中的電流與第四晶體管中的電流相當(dāng)，所以第六晶體管中的電流經(jīng)第七晶體管，第八晶體管，第九晶體管對流經(jīng)第四晶體管的電流進行補償，并且補償?shù)碾娏餍∮诘谝浑娏髟吹碾娏?，由于第一電流源的電流值本身比較小，所以在負載電流較小的情況下，整個低壓差線性穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流都很低。當(dāng)負載電流變大的情況下，輸出電壓要低于參考電壓，所以第一電流源中的大部分電流要流經(jīng)第四晶體管，經(jīng)過電流鏡第六晶體管的作用，電流經(jīng)第七晶體管，第八晶體管，第九晶體管對第四晶體管中的電流進行補償，負載電流越大，補償?shù)碾娏饕簿驮蕉?。此時的靜態(tài)電流也就越大，這樣可以驅(qū)動較大的負載電流。因此，當(dāng)負載電流小的時候，靜態(tài)電流也就越小，負載電流大的時候，靜態(tài)電流也就越大，這樣就實現(xiàn)了靜態(tài)電流隨負載電流的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

圖1是本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器的電路原理圖；圖2是本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器的第一種偏置電流控制電路原理圖；圖3是本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓器的第二種偏置電流控制電路原理圖。圖中所示1、節(jié)點，Ml、第一晶體管，M2、第二晶體管，M3、第三晶體管，M4、第四晶體管，M5、第五晶體管，M6、第六晶體管，M7、第七晶體管，M8、第八晶體管，M9、第九晶體管，II、 第一電流源，12、第二電流源。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細描述如圖1所示，本實用新型低壓差線性穩(wěn)壓器LD0，包括全差分運算放大器，其輸出端為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，用于穩(wěn)定低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端的電壓值；偏置電流控制電路，根據(jù)全差分運算放大器輸出端的負載電流大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)全差分運算放大器的靜態(tài)電流。所述全差分運算放大器包括第一級電路和第二級電路。所述第一級電路包括第一電流源II、第一晶體管Ml、第二晶體管M2、第三晶體管 M3、第四晶體管M4，所述第三晶體管M3的柵漏極短接后的公共點與第二晶體管M2的漏極電連接，所述第四晶體管M4的柵漏極短接后的公共點與第一晶體管Ml的漏極電連接，所述第三晶體管M3和第四晶體管M4的共源端接電源電壓VDD，所述第一晶體管Ml和第二晶體管 M2的共源端通過第一電流源Il接地，所述第一晶體管Ml的柵極端為參考電壓Vkef的輸入端，所述第二晶體管M2的柵極端為全差分運算放大器的輸出端Vtl ；所述第二級電路包括第二電流源12、第五晶體管M5、反饋支路，所述第五晶體管 M5的源極端接電源電壓VDD、柵極端與第四晶體管M4的柵極電連接、漏極端接全差分運算放大器的輸出端Vtl，所述反饋支路并接在第五晶體管M5的柵漏端，所述第二電流源12的負接接地、正端接全差分運算放大器的輸出端Vtl，所述第四晶體管M4的柵極端為反饋信號控制端，所述第五晶體管M5的柵極端為負載電流控制端。其中所述反饋支路包括第一電阻 R1、第一電容Cl，所述第一電阻Rl和第一電容Cl串聯(lián)后，其電阻端接第五晶體管M5的柵極端，其電容端接第五晶體管M5的漏極。其中，第五晶體管M5的寬長比與第四晶體管M4的寬長比的比值范圍為10 1到
100 1。 所述偏置電流控制電路，包括第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8、第九晶體管M9，所述第六晶體管M6的源極接電源電壓VDD、柵極端與全差分運算放大器的負載電流控制端電連接、漏極分別連接第七晶體管M7的漏極端和第八晶體管M8的柵極端，所述第七晶體管M7的源極端分別連接第八晶體管漏極端和第九晶體管M9的柵極端，所述第七晶體管M7的柵極端為使能信號控制端EN，所述第八晶體管M8和第九晶體管M9的源極端接地，所述第九晶體管M9的漏極端與第一電流源Il的正端連接。所述第九晶體管M9的寬長比與第八晶體管M8的寬長比的比值為2 1。本實用新型低壓差線性穩(wěn)壓器LD0，當(dāng)負載電流較小時，輸出電壓Vtl與參考電壓 Veef相當(dāng)，第一電流源11中的電流的一半流經(jīng)第四晶體管M4，第四晶體管M4與第六晶體管 M6構(gòu)成電流鏡，第六晶體管M6中的電流與第四晶體管M4中的電流相當(dāng)，所以第六晶體管 M6中的電流經(jīng)第七晶體管M7，第八晶體管M8，第九晶體管M9對流經(jīng)第四晶體管M4的電流進行補償，并且補償?shù)碾娏餍∮诘谝浑娏髟碔l的電流，由于第一電流源Il的電流值本身比較小，所以在負載電流較小的情況下，整個低壓差線性穩(wěn)壓器LDO的靜態(tài)電流都很低。當(dāng)負載電流變大的情況下，輸出電壓Vtl要低于參考電壓Vkef，所以第一電流源Il 中的大部分電流要流經(jīng)第四晶體管M4，經(jīng)過電流鏡第六晶體管M6的作用，電流經(jīng)第七晶體管M7,第八晶體管M8，第九晶體管M9對第四晶體管M4中的電流進行補償，負載電流越大， 補償?shù)碾娏饕簿驮蕉?。此時的靜態(tài)電流也就越大，這樣可以驅(qū)動較大的負載電流。因此，當(dāng)負載電流小的時候，靜態(tài)電流也就越小，負載電流大的時候，靜態(tài)電流也就越大，這樣就實現(xiàn)了靜態(tài)電流隨負載電流的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。實施例1 如圖2所示，第一電流源II，第一晶體管M1，第二晶體管M2，第三晶體管M3，第四晶體管M4構(gòu)成一個全差分的運算放大器，其中第一電流源Il為全差分運算放大器提供工作電流。第五晶體管M5為功率管，第二電流源12為下拉尾電流，它們構(gòu)成運放的第二級。 這兩級運放構(gòu)成單位增益的負反饋電路，R和C對電路起到穩(wěn)定的作用，電阻R很小，對電路交流特性的影響可以忽略不計，電容C起到對第四晶體管M4的柵極電流補償和前饋的作用。在本發(fā)明中，第五晶體管M5的寬長比是第四晶體管M4的寬長比的幾十倍甚至上百倍，所以，節(jié)點1處的主極點參數(shù)為Q1 = gm4/(gffl5.Rout ·0，其中Rout為輸出端負載電阻，gm4為第四晶體管Μ4的跨導(dǎo)，gm5為第五晶體管M5的跨導(dǎo)，C為第一電容Cl。輸出端的次極點參數(shù)為《。ut = l/(Rout · Cload)，其中Cload為輸出端負載電容，Rout為輸出端負載電阻。當(dāng)主極點參數(shù)Q1大于次極點參數(shù)co。ut時，輸出端的電壓穩(wěn)定。由于gm5是gm4的幾十甚至上百倍，所以只要電容C大于負載電容Cload的十分之一，主極點參數(shù)就會比次級點參數(shù)低，這樣就滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，同樣電容C的增加可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。同時在重負載的情況下，由于輸出電阻Rout的減小，則主極點(^和次極點相應(yīng)增加，這樣系統(tǒng)單位增益帶寬也得到了增加，有利于高頻響應(yīng)。在輸出端負載電流突變時，通過增大第一電容Cl的容量，可以提高LDO的帶電容負載能力。在輸出端電壓Vo突變時，突變的電壓可以通過第一電容Cl迅速反饋到第五晶體管的柵極，通過第一電阻Rl和第一電容Cl組成的前饋回路來增加LDO的響應(yīng)速度。在傳統(tǒng)的沒有偏置電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)的LDO電路中，LDO的帶負載能力受到第一電流源Il的限制，為了使LDO輸出端達到較高的帶負載能力，第一電流源Il的電流一般比較大，這樣在高電流負載的情況下，電路可以正常工作。但是在低電流負載的情況下，這么大的尾電流就成了一種浪費。為了節(jié)約功耗，一種采用自適應(yīng)的偏置電流控制電路LDO得到應(yīng)用。采用偏置電流自適應(yīng)的LDO在正常的工作條件下，Μ6對功率管進行電流采樣，比例為1 N，采樣的電流經(jīng)過電流鏡Μ8和Μ9來增加LDO的尾電流，尾電流的增加降低了 Μ4的柵極電壓，同時也增加了 LDO的帶負載能力。當(dāng)負載電流越大，Vo的電壓將會越低，尾電流中將有更多的電流流經(jīng)Μ4，所以Μ4的柵極電壓將會越低，通過Μ8，Μ9電流鏡又進一步增加 LDO的尾電流。這樣負載電流越大，LDO可以通過自適應(yīng)的偏置電流調(diào)整來實現(xiàn)更大的帶負載電流能力。同樣當(dāng)負載電流變小時，Μ4的柵極電壓就會增加，通過Μ8和Μ9降低了 LDO的尾電流，這樣靜態(tài)電流也相應(yīng)的降低。在不同的電源電壓條件下，在某些應(yīng)用場合，Vkef的電壓可能會高于電源電壓，根據(jù)電路的穩(wěn)定性原理，輸出電壓Vo維持在和電源電壓VDD相似的電位上，但是這同樣出現(xiàn)一個問題。假如沒有Μ7晶體管，由于Ml晶體管的柵極電壓很高，所以Ml管的漏源電壓很低，偏置電流控制電路可以簡化為如圖2所示。由于Μ4和Μ6的寬長比是1 1。Μ9和Μ8的寬長比為2 1，整個環(huán)路的增益為Av = (gm9/gm4) · (gm6/gm8)。 如果114^6^8^9均處于飽和態(tài)，那么圖2的環(huán)路增益大于1，并且圖2所示的電路為正反饋，所以整個環(huán)路將會使流過M4，M6，M8，M9的電流進一步增加，最終出現(xiàn)M4，M6，M8，M9中的其中一個晶體管進入線性區(qū)，電路達到飽和，環(huán)路增益小于1。而此時電路消耗的電流則進入了一個不可控的狀態(tài)，并且此時消耗的靜態(tài)電流極大。實施例2 為了預(yù)防上述靜態(tài)電流不可控制的情況，采用如圖3的偏置電流控制電路。在正常的情況下，EN的高電平電壓為VDD。M7管的漏源電壓很低，這樣M8和M9構(gòu)成一個電流鏡。M9的寬長比是M8的兩倍。維持電路的正常工作。在大電流流過的情況下，尤其在出現(xiàn)參考電壓VREF大于電源電壓VDD的情況下。 M7將起到一個很好的調(diào)節(jié)作用。M7類似于一個電阻，并且隨電流的增加而增加，所以圖3中的反饋回路始終工作在可控的電路狀態(tài)下，所以圖3中的電流偏置控制電路可以在維持電路正常工作的情況下，消除不可控制的無用的靜態(tài)電流。同時，如果需要實現(xiàn)精確的控制， 可以控制M7的柵極電壓EN，通過控制EN的電壓，調(diào)節(jié)M7的等效電阻來實現(xiàn)偏置電流的精確控制和調(diào)整。使LDO工作在需要承受的負載電流范圍內(nèi)，同時又不浪費多余的靜態(tài)電流。[0039] 以上實施例1和實施例2中尾電流，為低壓差線性穩(wěn)壓器輸出端電流。
權(quán)利要求1.一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于包括全差分運算放大器，其輸出端為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，用于穩(wěn)定低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端的電壓值；偏置電流控制電路， 根據(jù)全差分運算放大器輸出端的負載電流大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)全差分運算放大器的靜態(tài)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述全差分運算放大器包括第一級電路和第二級電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述第一級電路包括第一電流源(II)、第一晶體管(Ml)、第二晶體管(M2)、第三晶體管(M3)、第四晶體管(M4)，所述第三晶體管(M3)的柵漏極短接后的公共點與第二晶體管 (M2)的漏極電連接，所述第四晶體管(M4)的柵漏極短接后的公共點與第一晶體管(Ml)的漏極電連接，所述第三晶體管(M3)和第四晶體管(M4)的共源端接電源電壓(VDD)，所述第一晶體管(Ml)和第二晶體管(M2)的共源端通過第一電流源(Il)接地，所述第一晶體管 (Ml)的柵極端為參考電壓(Vkef)的輸入端，所述第二晶體管(M2)的柵極端為全差分運算放大器的輸出端Vtl;所述第二級電路包括第二電流源(12)、第五晶體管(M5)、反饋支路，所述第五晶體管 (M5)的源極端接電源電壓(VDD)、柵極端與第四晶體管(M4)的柵極電連接、漏極端接全差分運算放大器的輸出端Vtl，所述反饋支路并接在第五晶體管(M5)的柵漏端，所述第二電流源(12)的負接接地、正端接全差分運算放大器的輸出端Vtl，所述第四晶體管(M4)的柵極端為反饋信號控制端，所述第五晶體管(M5)的柵極端為負載電流控制端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述反饋支路包括第一電阻(Rl)、第一電容(Cl)，所述第一電阻(Rl)和第一電容(Cl)串聯(lián)后，其電阻端接第五晶體管(M5)的柵極端，其電容端接第五晶體管(M5)的漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述第五晶體管(M5)的寬長比與第四晶體管(M4)的寬長比的比值范圍為10 1到100 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述偏置電流控制電路，包括第六晶體管(M6)、第七晶體管(M7)、第八晶體管(M8)、第九晶體管(M9)，所述第六晶體管 (M6)的源極接電源電壓(VDD)、柵極端與全差分運算放大器的負載電流控制端電連接、漏極分別連接第七晶體管(M7)的漏極端和第八晶體管(M8)的柵極端，所述第七晶體管(M7) 的源極端分別連接第八晶體管漏極端和第九晶體管(M9)的柵極端，所述第七晶體管(M7) 的柵極端為使能信號控制端(EN)，所述第八晶體管(M8)和第九晶體管(M9)的源極端接地， 所述第九晶體管(M9)的漏極端與第一電流源(Il)的正端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于所述第九晶體管(M9)的寬長比與第八晶體管(M8)的寬長比的比值為2 1。
專利摘要本實用新型公開了一種低壓差線性穩(wěn)壓器，包括全差分運算放大器，其輸出端為低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端，用于穩(wěn)定低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出端的電壓值；偏置電流控制電路，根據(jù)全差分運算放大器輸出端的負載電流大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)全差分運算放大器的靜態(tài)電流。本實用新型低壓差線性穩(wěn)壓器，能夠根據(jù)負載電流的大小自適應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)電流。
文檔編號G05F1/56GK202067171SQ201120123290
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者何波, 皮常明, 蔣亮亮 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司