[發明專利]一種輕載瞬態增強電路及集成該電路的低壓差線性穩壓器

有效

• 申請號: 201410674132.2
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104407662A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 鄭文鋒;屈熹;劉珊;楊波;林鵬;李曉璐
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05F1/56
• 分類號: G05F1/56
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于電源管理技術領域，更為具體地講，涉及一種輕載瞬態增強電路及集成該電路的低壓差線性穩壓器。

背景技術

低壓差線性穩壓器作為電源管理系統的重要組成部分，由于外圍器件少、輸出噪聲低、瞬態性能好等優點，在各類醫療電子設備中有著扮演著重要角色。目前，片上集成低壓差線性穩壓器輸出電容范圍僅為0～100pF，可以完全集成在系統內部，消除外部的片外電容，節省PCB引腳的面積，加快制造過程，降低系統成本，因此廣泛被應用。

然而，在超低功耗醫療電子設備中，比如能量收集系統的穩壓器和被動式RF?ID標簽中，能源是一種相當稀缺的資源，因此片上集成低壓差線性穩壓器的靜態電流和最低負載電流都必須被最小化。為了保證穩定，片上集成低壓差線性穩壓器最小負載電流通常為50μA到1mA，如文獻“An?output-capacitorless?low-dropout?regulator?with?direct?voltage-spike?detection”(IEEE?J.Solid-State?Circuits,2010,45(2):458–466)和“A?6-μW?chip-area-efficient?output-capacitorless?LDO?in?90-nm?CMOS?technology”(IEEE?J.Solid-State?Circuits,2010,45(9):755–759)，而在超低功耗醫療電子設備中，最低負載電流必須小于0.5μA。

在文獻“A?High?Slew-Rate?Push-Pull?Output?Amplifier?for?Low-QuiescentCurrentLow-Dropout?Regulators?With?Transient-Response?Improvement”(IEEE?Trans.Circuits?Syst.II，Exp.Briefs，vol.54，no.9，755-759，Sep.2007)中，提出了一種低壓差線性穩壓器，這種穩壓器由兩個差分共柵跨導放大器、電流求和電路和電壓緩沖器組成。兩個跨導放大器單元由一對匹配的晶體管構成一個電流鏡，然后連接成交叉耦合式而形成一個推挽輸出級，從而在瞬態響應時增大功率調整管柵極的注入電流和抽取電流，最大輸出電流不再像傳統具有尾電流源的放大器受恒定尾電流源的限制。盡管這種穩壓器一定程度上改善了功率調整管電壓擺率受限的問題，但是其跨導和單位增益帶寬無法在低偏置電流下響應快速的負載瞬態切換。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種輕載瞬態增強電路及集成該電路的低壓差線性穩壓器，當低壓差線性穩壓器在輕負載時，輕載瞬態增強電路不消耗靜態電流，當低壓差線性穩壓器從重載切換到輕載時，輕載瞬態增強電路提供一個逐漸遞減負載電流使輸出電壓快速恢復到標準值。

為實現上述發明目的，本發明一種輕載瞬態增強電路，其特征在于，包括：

一動態偏置電壓生成電路，包括PMOS管MP1和NMOS管MN1；PMOS管MP1的柵極電壓為低壓差線性穩壓器調整管MP的柵極電壓VGP，源極分別連接到輸入電源VDD，PMOS管MP1漏極與NMOS管MN1的漏極、柵極相連接，NMOS管MN1的源極相連接地，動態偏置電壓生成電路生成NMOS管自適應偏置電壓VBNA，即NMOS管MN1的柵極電壓；

一負載電流控制開關，包括PMOS管MP2、PMOS管MP3和NMOS管MN2；PMOS管MP2的源極相連接入到輸入電源VDD，PMOS管MP2的柵極連接PMOS管恒定偏置電壓VBP，PMOS管MP2的漏極與PMOS管MP3的柵極和NMOS管MN2的漏極相連接；PMOS管MP3的源極接入到自適應偏置電壓VBNA，漏極連接穩壓電容C1的一端；NMOS管MN2的柵極連接自適應偏置電壓VBNA，源極接地，輕載時，VC電壓為電源電壓，PMOS管MP3關斷；重載時，VC電壓為地電壓，PMOS管MP3開啟；

一穩壓電容C1，穩壓電容C1一端連接PMOS管MP3的漏極，另外一端接地，用于設置輸出電路的電流下降速度；

一瀉放電路，包括NMOS管MN3；NMOS管MN3的源極接地，柵極連接NMOS管的第一恒定偏置電壓VBN1，漏極連接PMOS管MP3的漏極；瀉放電路保證輕載瞬態增強電路在輕載工作時的輸出電流為0，并配合穩壓電容C1設置輸出電路的電流下降速度；