[發(fā)明專利]一種數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010904725.9
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112130613B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史江義;趙博;劉軒;馬佩軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05F1/575
• 分類號: G05F1/575
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發(fā)明公開了一種數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器，包括：同步控制環(huán)路，用于調(diào)節(jié)上沖的輸出電壓以及細(xì)調(diào)下沖的輸出電壓；異步控制環(huán)路，用于通過查找表電路模塊執(zhí)行查表操作粗調(diào)下沖的輸出電壓；還用于基于輸出電壓的變化狀態(tài)，通過有限狀態(tài)機電路模塊輸出數(shù)據(jù)選擇信號，以使數(shù)據(jù)選擇器將異步晶體管陣列控制字、同步晶體管陣列控制字、全0晶體管陣列控制字以及全1晶體管陣列控制字擇一輸出至晶體管陣列；晶體管陣列，用于根據(jù)異步晶體管陣列控制字、同步晶體管陣列控制字、全0晶體管陣列控制字或全1晶體管陣列控制字，控制各晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉，輸出穩(wěn)壓電壓。本發(fā)明采用異步與同步混合控制的方案，可提高數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于穩(wěn)壓器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器。

背景技術(shù)

低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator，LDO)作為片上系統(tǒng)中電源管理單元的一部分，對整個系統(tǒng)的性能起著重要的作用。傳統(tǒng)的LDO為模擬LDO，采用高增益誤差放大器將反饋得到的輸出電壓與參考電壓進行比較，然后調(diào)整MOS管的導(dǎo)通電阻，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。誤差放大器的增益影響著系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度和環(huán)路穩(wěn)定性。但是，電源電壓隨著集成電路工藝的不斷進步而逐漸下降，這使得誤差放大器難以保持足夠高的增益，由此出現(xiàn)了數(shù)字LDO。

數(shù)字LDO中的動態(tài)電壓比較器取代了誤差放大器，多個尺寸小的MOS管取代了單個大尺寸的功率管。動態(tài)電壓比較器對輸出電壓和參考電壓進行比較，雙向移位寄存器根據(jù)動態(tài)電壓比較器的輸出控制晶體管陣列中晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，從而改變負(fù)載電流，起到穩(wěn)定電壓的作用。

雖然數(shù)字LDO相對于模擬LDO具有低電壓工作，對PVT變化不敏感，便于工藝升級的優(yōu)點，但是現(xiàn)有的數(shù)字LDO還存在一些缺點，首先是瞬態(tài)響應(yīng)速度較慢，因為現(xiàn)有的數(shù)字LDO采用移位寄存器作為控制核心，MOS管陣列控制信號只有在時鐘邊沿到來時才會發(fā)生變化，造成瞬態(tài)響應(yīng)速度較慢。提高采樣時鐘頻率是提高瞬態(tài)響應(yīng)速度的一種有效的方案，但是會造成數(shù)字LDO所在系統(tǒng)功耗的增加，出現(xiàn)了瞬態(tài)響應(yīng)速度與功耗之間需要折中的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度，并改善瞬態(tài)響應(yīng)速度與功耗之間的折中關(guān)系，本發(fā)明提供了一種數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器，包括：同步控制環(huán)路、異步控制環(huán)路、數(shù)據(jù)選擇器以及晶體管陣列；其中，

所述同步控制環(huán)路，用于在數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器的輸出電壓發(fā)生上沖時，在時鐘信號的驅(qū)動下，通過一可變增益累加器輸出用于調(diào)節(jié)所述輸出電壓的同步晶體管陣列控制字；還用于在所述輸出電壓發(fā)生下沖時，在所述時鐘信號的驅(qū)動下，通過一可變增益累加器輸出用于細(xì)調(diào)所述輸出電壓的同步晶體管陣列控制字；

所述異步控制環(huán)路，用于在所述輸出電壓發(fā)生下沖時，通過一查找表電路模塊執(zhí)行查表操作，將與所述輸出電壓的變化狀態(tài)相對應(yīng)的異步晶體管陣列控制字發(fā)送至所述數(shù)據(jù)選擇器，以使所述數(shù)據(jù)選擇器將收到的異步晶體管陣列控制字輸出給所述晶體管陣列實現(xiàn)粗調(diào)所述輸出電壓；

所述異步控制環(huán)路，還用于基于所述輸出電壓的變化狀態(tài)，通過一有限狀態(tài)機電路模塊，向所述數(shù)據(jù)選擇器輸出一個數(shù)據(jù)選擇信號，以使所述數(shù)據(jù)選擇器響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)選擇信號，將所述異步晶體管陣列控制字、所述同步晶體管陣列控制字、全0晶體管陣列控制字以及全1晶體管陣列控制字擇一輸出至所述晶體管陣列；其中，所述全1晶體管陣列控制字和所述全0晶體管陣列控制字分別對應(yīng)所述異步晶體管陣列控制字的最大值和最小值；

所述晶體管陣列，用于根據(jù)收到的所述異步晶體管陣列控制字、所述同步晶體管陣列控制字、所述全0晶體管陣列控制字或所述全1晶體管陣列控制字，控制各晶體管的導(dǎo)通與關(guān)閉，輸出穩(wěn)壓電壓。

可選地，所述異步控制環(huán)路包括：異步電壓比較器陣列、所述有限狀態(tài)機電路模塊、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、以及所述查找表電路模塊；其中，