本發(fā)明涉及集成電路電源管理領(lǐng)域，尤其涉及一種LDO電路。

背景技術(shù)：

隨著集成電路的快速發(fā)展，LDO作為重要的電源管理模塊廣泛應(yīng)用于SoC芯片設(shè)計中。典型LDO結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含參考電壓（通常由帶隙基準(zhǔn)電路實現(xiàn)）、誤差放大器、功率管和反饋電阻。典型LDO正常工作是建立在誤差放大器和帶隙基準(zhǔn)電路等模擬電路的晶體管工作在飽和區(qū)為基礎(chǔ)。然而隨著CMOS工藝尺寸的不斷縮減，低功耗設(shè)計難度不斷加大，芯片供電電壓不斷降低（甚至是近閾值供電），在低電壓，甚至是超低電壓下，已難以保證誤差放大器等模擬電路正常工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種即使是低電壓，甚至是超低電壓下，也能正常工作的LDO電路。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，包括參考時鐘、緩沖整形單元、鑒頻器（FD）、數(shù)字控制器（DPC）、功率管陣列、濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO），功率管陣列包括并接而成的數(shù)個功率管，功率管陣列的輸出與濾波器（LPF）相連，濾波器（LPF）與壓控振蕩器（VCO）相連，壓控振蕩器（VCO）與鑒頻器（FD）其中一輸入端相連，參考時鐘與緩沖整形單元相連，緩沖整形單元與鑒頻器（FD）另一輸入端相連，鑒頻器（FD）的輸出控制與功率管陣列的各個功率管的控制輸入相連。

本專利所提出的低電壓數(shù)控LDO電路的工作原理如下：

功率管陣列的輸出電壓（即LDO的輸出電壓）經(jīng)過LPF濾波之后，控制VCO的輸出頻率，VCO的輸出頻率與參考時鐘在FD中進(jìn)行比較。FD輸出結(jié)果為三種情況：LDO輸出電壓V_out > 預(yù)期電壓V_desire(高)；V_out = V_desire（保持）；V_out < V_desire（低）；數(shù)字控制器DPC根據(jù)FD輸出結(jié)果改變功率管陣列中工作的功率管數(shù)量，進(jìn)而調(diào)節(jié)LDO輸出電壓Vout和負(fù)載能力。

當(dāng)V_out > V_desire時，壓控振蕩器VCO 輸出時鐘頻率高于參考時鐘，因此鑒頻器FD輸出高（H）信號至數(shù)字控制器DPC，DPC減少功率管陣列中工作的功率管數(shù)量，進(jìn)而降低LDO輸出電壓。

當(dāng)V_out < V_desire時，壓控振蕩器VCO 輸出時鐘頻率低于參考時鐘，因此鑒頻器FD輸出低（L）信號至數(shù)字控制器DPC，DPC增加功率管陣列中工作的功率管數(shù)量，進(jìn)而升高LDO輸出電壓。

當(dāng)V_out = V_desire時，壓控振蕩器VCO 輸出時鐘頻率等于參考時鐘，因此鑒頻器FD輸出保持信號至數(shù)字控制器DPC，DPC維持功率管陣列中工作的功率管數(shù)量，進(jìn)而維持LDO輸出電壓不變。

本發(fā)明與已有技術(shù)相比，由于采用即使是低電壓，甚至是超低電壓下，均能輸出能評價電壓大小的頻率電流波并通過鑒頻器（FD）與可設(shè)置頻率大小的參考時鐘進(jìn)行比較，并依據(jù)兩者比較的差值大小輸出控制信號控制功率管陣列中相應(yīng)的功率管工作，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制低電壓，甚至是超低電壓的功率的輸出，因此，本發(fā)明具有即使是低電壓，甚至是超低電壓下，也能正常工作的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為已有技術(shù)的電路圖；

圖2為本發(fā)明的電路圖；

圖3為壓控振蕩器的電路圖；

圖4為功率管陣列的電路圖。

具體實施方式：

現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖2所示，本發(fā)明包括參考時鐘、緩沖整形單元、鑒頻器（FD）、數(shù)字控制器（DPC）、功率管陣列、濾波器（LPF）和壓控振蕩器（VCO），功率管陣列包括數(shù)個并接而成的功率管，功率管陣列的輸出與濾波器（LPF）相連，濾波器（LPF）與壓控振蕩器（VCO）相連，壓控振蕩器（VCO）與鑒頻器（FD）其中一輸入端相連，參考時鐘與緩沖整形單元相連，緩沖整形單元與鑒頻器（FD）另一輸入端相連，鑒頻器（FD）的各個輸出控制與相應(yīng)的功率管陣列的各個功率管的控制輸入相連。

參考時鐘（CLK）經(jīng)過緩沖整形單元后進(jìn)入鑒頻器（FD）的另一輸入端in1，鑒頻器（FD）的輸出：高、低、保持等三信號作為數(shù)字控制器（DPC）的輸入，數(shù)字控制器（DPC）的輸出控制功率管陣列中開啟的功率管數(shù)量，功率管陣列的漏端作為LDO的輸出端V_out，LDO輸出端Vout連接濾波器（LPF）（低通濾波器）輸入端，濾波器（LPF）輸出端連接壓控振蕩器（VCO）的輸入端，VCO的輸出端連接鑒頻器（FD）的其中一輸入端in2。

鑒頻器（FD）實現(xiàn)對參考時鐘和VCO輸出時鐘的頻率進(jìn)行對比；數(shù)字控制器（DPC）根據(jù)鑒頻器（FD）的輸出結(jié)果，對功率管陣列進(jìn)行控制；功率管陣列包含多種尺寸比例的功率管（即形成輸出不同功率的功率管），可根據(jù)數(shù)字控制器（DPC）的輸出逐級改變功率管工作的數(shù)量，進(jìn)而調(diào)節(jié)LDO輸出電壓；LDO輸出電壓經(jīng)過濾波器（LPF）后，控制VCO輸出時鐘信號。通過仔細(xì)設(shè)計VCO的“電壓-頻率”增益，當(dāng)VCO輸出頻率與參考時鐘頻率一致時，VCO的控制電壓保持穩(wěn)定，即整個LDO電路的輸出電壓V_out=V_desire保持穩(wěn)定。

壓控振蕩器（VCO）電路如圖3所示。VCO由奇數(shù)個（以5個為例）反相延遲單元和一個傳輸門構(gòu)成。其中傳輸門由nMOS晶體管M4和pMOS晶體管M5構(gòu)成，反相延遲單元inv1的輸出端連接反相延遲單元inv2的輸入端，反相延遲單元inv2的輸出端連接反相延遲單元inv3的輸入端，反相延遲單元inv3的輸出端連接M4和M5的漏端，晶體管M4的柵端連接使能控制端Enable和反相器inv6的輸入端，反相器inv6的輸出端連接M5的柵端，M4和M5的源端連接反相延遲單元inv4的輸入端，反相延遲單元inv4的輸出端連接反相延遲單元inv5的輸入端，反相延遲單元inv5的輸出端連接反相延遲單元inv1的輸入端，反相延遲單元inv1-inv5的Vc端構(gòu)成整個VCO的控制端。其中反相延遲單元inv1-inv5的結(jié)構(gòu)相同，均由三個晶體管構(gòu)成即1個pMOS晶體管M1和2個nMOS晶體管M2和M3，M1的源端和襯底連接電源VDD，M1的柵端連接M2的柵端作為反相延遲單元的輸入端，M1的漏端連接M2的漏端作為反相延遲單元的輸出端，M2的襯底和M3的襯底相連作為反相延遲單元的控制端Vc，晶體管M2的源端與M3的漏端相連，M3的柵端連接電源VDD，M3的源端連接地。反相器inv6是普通結(jié)構(gòu)，用以實現(xiàn)M4和M5同時開啟或關(guān)閉。

本專利LDO中功率管陣列結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。功率管陣列由pMOS晶體管構(gòu)成，每個功率管的漏端連接成整個LDO的輸出端V_out，每個功率管源端和襯底連接電源，每個功率管的柵端分別連接數(shù)字控制器（DPC）的控制總線Control BUS進(jìn)行分別控制。最小的pMOS晶體管寬長比為，該尺寸可根據(jù)LDO的工作需求進(jìn)行靈活設(shè)計，以該寬長比為基礎(chǔ)進(jìn)行比例放大2k、3k…，直到nk。其中n和k可根據(jù)LDO的負(fù)載能力和輸出紋波要求來仔細(xì)設(shè)計。通過合理設(shè)計n和k的取值，可以實現(xiàn)LDO輸出電壓的粗調(diào)節(jié)和細(xì)調(diào)節(jié)。當(dāng)LDO輸出電壓V_out偏離穩(wěn)態(tài)值V_desire較大時，通過寬長比較大的功率管來進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，當(dāng)輸出電壓V_out接近穩(wěn)態(tài)值V_desire時，通過寬長比較小的功率管進(jìn)行微調(diào)節(jié)。

由于本專利所提的LDO未采用帶隙基準(zhǔn)和運(yùn)算放大器等模擬電路，采用全數(shù)字電路實現(xiàn)，可以極大的降低供電電壓，使得通過數(shù)控環(huán)路實現(xiàn)超低壓供電成為可能，能夠滿足超低功耗芯片的供電需求。