[發明專利]一種用于補償LDO輸出極點的前饋補償方法和電路

有效

• 申請號: 202110403116.X
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN112987837B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 耿翔
• 申請（專利權）人: 上海南芯半導體科技有限公司
• 主分類號: G05F1/625
• 分類號: G05F1/625
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種用于補償LDO輸出極點的前饋補償方法和電路，設置采樣電路用于采樣LDO的NMOS功率管的柵極電壓，從而獲得采樣信號，將所述采樣信號通過一個帶通濾波電路后反饋到LDO的輸出電壓經過分壓網絡后獲得的反饋電壓中，反饋電壓和參考電壓進行誤差放大后用于控制NMOS功率管的柵極電壓。本發明利用前饋補償形成一個固定的增益和相位，再與LDO本身功率管回路的增益并聯之后，就可以得到和功率管回路輸出極點相關的零點，能夠實現相位裕度不會隨著輸出極點的衰減而衰減，不僅能夠補償LDO負載電阻的變化，也能夠補償LDO負載電容的變化；同時本發明能夠適應NMOS功率管的LDO，且整體結構簡單，易于實現。

技術領域

本發明屬于模擬集成電路設計領域，涉及一種用于補償LDO輸出極點的前饋補償方法和實現該前饋補償方法的具體電路。

背景技術

低壓差線性穩壓器（low dropout regulator，LDO）具有壓差低、轉換效率高的特點，在便攜電子產品供電領域有廣泛的應用前景。LDO通常包括誤差放大器、功率管、分壓網絡和負載，LDO的輸出信號Vout經過分壓網絡獲得反饋信號Vfb后與參考電壓一起經過誤差放大器處理，誤差放大器的輸出信號控制功率管的柵端，功率管的源漏接在LDO輸入端和輸出端之間。LDO目前存在的關鍵問題是環路穩定性問題，由于LDO輸出極點的位置會隨著負載變化，導致電路穩定性不高。現有的經常用于補償LDO輸出極點的方法有以下兩種：

第一種補償LDO輸出極點的方法是使用前饋電容引入和環路增益相關的零點來補償LDO輸出極點，例如申請號為201110329842.8的中國專利申請公開了在LDO輸出信號Vout和反饋信號Vfb之間跨接一個前饋電容，產生零極對補償系統相位，但該方法在分壓網絡兩個電阻相差較小時，補償作用也會減小，不能保持LDO輸出穩定。第二種補償LDO輸出極點的方法是使用可變零點來補償輸出極點的負載電流變化，通過提供一個動態零點補償，確保LDO在全負載大范圍內穩定。但是可變零點技術只能補償隨著負載電阻變化而變化的情況，不能補償隨著輸出電容變化而變化的情況。且現有的補償技術主要應用在PMOS管作為LDO功率管的情況，難以適應NMOS功率管的LDO。

發明內容

針對現有的補償LDO輸出極點方法中存在的不能補償輸出電容變化、以及不能適應NMOS功率管的不足之處，本發明提出一種用于補償LDO輸出極點的前饋補償方法，通過引入一個和NMOS功率管柵電壓相關的信號并使其通過帶通電路后反饋到LDO的反饋電壓上，這樣利用前饋補償形成一個固定的增益和相位，再與LDO本身功率管回路的增益并聯之后，就可以得到和功率管回路輸出極點相關的零點，能夠實現相位裕度不會隨著輸出極點的衰減而衰減。

本發明提出的前饋補償方法的技術方案為：

一種用于補償LDO輸出極點的前饋補償方法，所述LDO包括誤差放大器、NMOS功率管、分壓網絡、負載電阻和負載電容，所述NMOS功率管的漏極連接LDO的輸入電壓，其源極連接LDO的輸出端并通過所述分壓網絡產生反饋電壓，所述負載電阻和所述負載電容都接在所述LDO的輸出端和地之間，所述誤差放大器的兩個輸入端分別連接所述反饋電壓和參考電壓，其輸出信號用于控制所述NMOS功率管的柵極電壓；

所述前饋補償方法為：首先采樣所述NMOS功率管的柵極電壓獲得采樣信號，然后將所述采樣信號通過一個帶通濾波電路后反饋到所述反饋電壓中。

具體的，設置采樣電路獲取所述采樣信號，所述采樣電路包括一個尺寸小于所述NMOS功率管的NMOS采樣管和一個偏置電流源，所述NMOS采樣管的柵極和漏極分別連接所述NMOS功率管的柵極和漏極，NMOS采樣管的源極輸出所述采樣信號并連接所述偏置電流源。

具體的，所述帶通濾波電路包括第一電阻、第一電容、第二電阻和第二電容，第一電阻的第一連接端連接所述采樣信號，第一電阻的第二連接端一方面通過第一電容后連接所述反饋電壓，另一方面依次通過第二電容和第二電阻后接地。