一種快速瞬態(tài)響應(yīng)cmos低壓差線性穩(wěn)壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的迅速發(fā)展，片上系統(tǒng)(SoC)越來越受到關(guān)注，尤其是電源管理方面，受到了研宄者與企業(yè)的重視。為了能夠?qū)﹄娫催M(jìn)行管理、穩(wěn)壓和降噪，在電源與電子產(chǎn)品之間通常需要一個(gè)穩(wěn)壓器。目前，常用的穩(wěn)壓器有低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、開關(guān)穩(wěn)壓器和電源管理芯片等。
[0003]低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)具有提供很大范圍的各種不同的電壓和電流的能力，而普遍的用于為低電壓的數(shù)字電路提供穩(wěn)壓電源。現(xiàn)有的低壓差線性穩(wěn)壓器主要由誤差放大電路(Error Amplifier, EA)、功率管(Power transistor)和取樣電阻組成。誤差放大電路與功率管是低壓差線性穩(wěn)壓器的核心，由取樣電阻形成的反饋網(wǎng)絡(luò)與誤差放大電路和功率管組成負(fù)反饋環(huán)路。低壓差線性穩(wěn)壓器的工作的基本原理:將取樣電壓(Vf)和基準(zhǔn)電壓(Vref)分別加在誤差放大電路的同相和反相輸入端，兩者的差值經(jīng)誤差放大電路放大后，控制串聯(lián)的功率管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓(Vout)。
[0004]然而，現(xiàn)有的低壓差線性穩(wěn)壓器存在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速率低的問題，只能滿足那些對(duì)負(fù)載調(diào)整率要求較低的數(shù)字電路的需求，而無(wú)法滿足那些對(duì)負(fù)載調(diào)整率要求較高的數(shù)字電路的需求。如采用現(xiàn)有的低壓差線性穩(wěn)壓器為工作在不同模式的數(shù)字電路提供穩(wěn)壓電源時(shí)，現(xiàn)有的低壓差線性穩(wěn)壓器無(wú)法在數(shù)字電路由一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式時(shí)，非?？斓膶?duì)輸出負(fù)載的變化作出響應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有低壓差線性穩(wěn)壓器負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速率低的問題，提供一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其具有較高的轉(zhuǎn)換速率和瞬態(tài)響應(yīng)。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，包括穩(wěn)壓器本體，該穩(wěn)壓器本體包括誤差放大電路、功率管、取樣電阻電路和轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路；誤差放大電路的反相輸入端與基準(zhǔn)電壓相連，誤差放大電路的同相輸入端與取樣電阻電路的取樣輸出端相連，誤差放大電路的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路連接功率管的柵極；誤差放大電路的電源正端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端和功率管的源極相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸入端；功率管的漏極與取樣電阻的電源正端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸出端；誤差放大電路的電源負(fù)端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端和取樣電阻的電源負(fù)端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的地端。
[0008]上述方案中，轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路由場(chǎng)效應(yīng)管Mll?M16構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ml I的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸入端，其中場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極接誤差放大電路的有源負(fù)載端，場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極接誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管Mll的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M15的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的漏極相連后，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸出端并與功率管的柵極連接；場(chǎng)效應(yīng)管Mll的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M15的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端。
[0009]上述穩(wěn)壓器本體還進(jìn)一步補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路與功率管和取樣電阻電路相連。
[0010]上述方案中，補(bǔ)償電路包括內(nèi)部補(bǔ)償電路和外部補(bǔ)償電路。內(nèi)部補(bǔ)償電路由場(chǎng)效應(yīng)管Ms、電阻R3和電容Cl構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ms的柵極與功率管的柵極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的源極與功率管的源極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極經(jīng)電阻R3連接功率管的漏極；電容Cl的一端連接取樣電阻電路的取樣輸出端，電容Cl的另一端連接場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極。外部補(bǔ)償電路由輸出電容CL和等效電阻ESR構(gòu)成；輸出電容CL和等效電阻ESR相串聯(lián)后，其一端形成穩(wěn)壓器本體的輸出端，另一端形成穩(wěn)壓器本體的地端。
[0011]上述方案中，誤差放大電路由場(chǎng)效應(yīng)管Ml?MlO構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極形成誤差放大電路的反相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極形成誤差放大電路的同相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極連接場(chǎng)效應(yīng)管M3的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連后，形成誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M6的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的柵極相連后，形成誤差放大電路的有源負(fù)載端；場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的源極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的源極相連后，形成誤差放大電路的電源正極；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極相連后，形成誤差放大電路的電源負(fù)極。
[0012]上述方案中，取樣電阻電路由相互串聯(lián)的取樣電阻Rl和取樣電阻R2構(gòu)成；取樣電阻Rl和取樣電阻R2相連端形成取樣電阻電路的取樣輸出端；取樣電阻Rl的另一端形成取樣電阻電路的電源正端；取樣電阻R2的另一端形成取樣電阻電路的電源負(fù)端。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0014]1、在誤差放大電路和功率管之間加入了轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路，能夠驅(qū)動(dòng)大尺寸的功率管，增大功率管的柵極輸入電流，加快寄生電容的充放電速度；
[0015]2、由兩級(jí)反相器構(gòu)成的轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路，能夠非?？斓膶?duì)輸出負(fù)載的變化做出響應(yīng)，快速穩(wěn)定輸出電壓，滿足模式轉(zhuǎn)換中負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速率的要求；
[0016]3、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路具有較大的輸入阻抗和較小的輸出電阻，能夠減輕誤差放大電路的負(fù)載效應(yīng)，能夠降低功率管柵極的時(shí)間常數(shù)，使低壓差線性穩(wěn)壓器具有更高的帶寬和更快的瞬態(tài)響應(yīng)速度，即提高低壓差線性穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換速率和瞬態(tài)響應(yīng)。
[0017]4、具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可廣泛應(yīng)用于各種電源裝置中。輸入電壓范圍大，可在1.85?5V的電壓下工作。輸出電壓為可為0.8?2V。壓差小，僅為幾mV。瞬態(tài)響應(yīng)好，轉(zhuǎn)換速率快，當(dāng)輸出電流在Ius內(nèi)從0.0lmA跳變到10mA時(shí)，輸出電壓變化小于lmV，轉(zhuǎn)換時(shí)間為I?3us。隨PVT的變化，輸出電壓變化小，僅約lmV。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種低壓差線性穩(wěn)壓器的原理框圖。
[0019]圖2為一種低壓差線性穩(wěn)壓器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖1和2所示，其主要由誤差放大電路、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路、功率管、取樣電阻電路和補(bǔ)償電路組成。誤差放大電路的反相輸入端與基準(zhǔn)電壓Vref相連，誤差放大電路的同相輸入端與取樣電阻電路的取樣輸出端Vf相連，誤差放大電路的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路連接功率管的柵極；誤差放大電路的電源正端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端和功率管的源極相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸入端Vin ;功率管的漏極與取樣電阻的電源正端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸出端Vout ;誤差放大電路的電源負(fù)端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端和取樣電阻的電源負(fù)端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的地端GND。補(bǔ)償電路與功率管和取樣電阻電路相連。
[0021 ] 上述誤差放大電路是由場(chǎng)效應(yīng)管Ml?MlO構(gòu)成雙端輸入、單端輸出的誤差放大電路。誤差放大器采用簡(jiǎn)單的差分運(yùn)算放大器，其作用是放大取樣電壓和基準(zhǔn)電壓Vref的差值，提高輸入電壓范圍。
[0022]場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極形成誤差放大電路的反相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極形成誤差放大電路的同相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極連接場(chǎng)效應(yīng)管M3的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連后，形成誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M6的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的柵極相連后，形成誤差放大電路的有源負(fù)載端；場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的源極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的源極相連后，形成誤差放大電路的電源正極；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極相連后，形成誤差放大電路的電源負(fù)極。
[0023]場(chǎng)效應(yīng)管Ml和M2為誤差放大電路的差分輸入對(duì)，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極為誤差放大電路的反相輸入端，輸入基準(zhǔn)電壓Vref ;場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極為誤差放大電路的同相輸入端，輸入采樣電壓W。場(chǎng)效應(yīng)管M3和M4構(gòu)成的電流鏡作為誤差放大電路的有源負(fù)載。場(chǎng)效應(yīng)管M5和M6為誤差放大電路提供恒定的偏置電流。場(chǎng)效應(yīng)管M7?MlO為電流鏡構(gòu)成的偏置電路。
[0024]上述轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路由場(chǎng)效應(yīng)管Mll?M16構(gòu)成，其主要目的是驅(qū)動(dòng)大尺寸的