[發明專利]一種高PSR快速瞬態響應雙模式無片外電容LDO

在審

• 申請號: 202210034557.1
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114510109A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 張國俊;張文明;秦逸飛;張軒溥;羅建鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05F1/567
• 分類號: G05F1/567
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利提出一種高PSR快速瞬態響應，有兩種工作模式的無片外電容LDO，適用于數模混合芯片內部數字部分的供電。該設計基于0.13um CMOS工藝，內部可以分為前級降壓器和后級降壓器，其中前級降壓包含前級帶隙基準，前級誤差放大器和前級功率管，后級降壓器包含后級帶隙基準，后級電壓緩沖器，后級誤差放大器和后級功率管，此外還有使能電路，過壓保護和過溫保護，負載電流檢測和負載跳變檢測電路構成瞬態提升和工作模式切換(輕載模式和重載模式)。該電路可集成在SOC系統中，無需外接分立單元。

技術領域

本發明屬于數模混合集成電路設計領域，設計一種高PSR快速瞬態響應雙模式無片外電容LDO。

背景技術

目前常用的電源芯片有兩大類，一種為開關型電源轉換器(DC/DC)，另外為低壓差線性穩壓器(LDO)。其中開關電源效率高，靜態電流少，但同時生產成本也相對較高；雖然LDO的效率不如開關電源，但由于它體積小，片外器件少，輸入輸出響應快，輸出電壓中的噪聲小，低紋波電壓等特性，使得LDO廣泛用于許多便攜式產品中，并且小型精密電子設備還要求電源非常干凈(無紋波、無噪聲)，以免影響電子設備正常工作。LDO又分為無片外電容和有片外電容兩種，傳統的LDO由于輸出端需要有大電容(uF級別)，故具有良好的瞬態響應，但由于片外電容較大，導致面積較大。然而，隨著集成電路技術的不斷進步，LDO需要解決三個問題，首先LDO電源模塊需要集成在芯片的內部，傳統帶片外大電容的 LDO不利用片內集成，所以無片外電容成為了研究熱點；并且應用在高集成度芯片內的LDO，干擾必然會非常大，高集成度使得各個電路模塊之間相互串擾比較嚴重，并且LDO的輸入電壓大多是DC變換器的輸出電壓，上面紋波比較大，因此紋波抑制比這項指標非常重要；最后，相比于傳統型LDO，無片外大電容LDO 瞬態響應有明顯下降，特別表現為負載瞬態響應的過沖和下沖電壓很大。

發明內容

本發明適應集成電路高集成，高密度特點，解決上述的三個問題，無需片外大電容，且通過兩級穩壓得到極高PSR，且設計輕載和重載兩種工作模式盡可能減小靜態功耗。通過瞬態提升電路和低靜態電流下高擺率誤差放大器改善瞬態效應。

本發明的技術原理為前級穩壓提供一個芯片內部局部電源電壓為后級穩壓供電，前級穩壓的帶隙因輸入電壓夠高采用共源共柵自偏置電路結構，后級帶隙基準采用電流基準以得到低壓基準，該基準通過電壓緩沖器后有電流驅動能力，驅動推挽式誤差放大器，該放大器在極低偏置電流下也有較大的擺率，結合瞬態提升電路可以在滿足低功耗設計下具有較好的瞬態響應。

本發明的技術方案為：一種高PSR，快速瞬態響應，有兩種工作模式的無片外電容LDO，適用于數模混合芯片內部數字部分的供電。該設計基于0.13um CMOS工藝，內部可以分為前級降壓器和后級降壓器，其中前級降壓包含前級帶隙基準，前級誤差放大器和前級功率管，后級降壓器包含后級帶隙基準，后級電壓緩沖器，后級誤差放大器和后級功率管，此外還有使能電路，過壓保護和過溫保護，負載電流檢測和負載跳變檢測電路構成瞬態提升和工作模式切換(輕載模式和重載模式)。該電路可集成在SOC系統中，無需外接分立單元。