專利名稱：低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路的制作方法
低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大規(guī)模模擬集成電路中的低壓差線性穩(wěn)壓器，特別涉及這種低壓差線 性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中典型的低壓差線性穩(wěn)壓器一般由電壓基準Vref，跨導(dǎo)放大器OTAjl 沖器BUFFER，分壓電阻Rl和R2構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)，以及電壓調(diào)整管PMOS組成，參見圖1。其 中電容CL是輸出負載電容，優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，電阻ESR為電容CL寄生的等效串聯(lián)電阻。圖1電路中，負載電容CL與從結(jié)點C看到的電阻形成主極點，結(jié)點A處的寄生電容 和跨導(dǎo)放大器OTA輸出電阻形成第二極點。由于電壓調(diào)整管PMOS需為負載提供很大的電 流，因此電壓調(diào)整管PMOS尺寸很大，但是由于緩沖器一般使用源跟隨器，輸出電阻都很小， 所以在結(jié)點B產(chǎn)生的極點遠大于單位增益頻率。由于結(jié)點A和結(jié)點C為兩個較小的極點， 因此容易產(chǎn)生180度的相移，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。在圖1的典型結(jié)構(gòu)中，主極點位置與結(jié)點C電阻和輸出負載電容CL有關(guān)。負載電 阻RL在不同的應(yīng)用中阻值有很大不同，所以主極點的位置也在很大范圍內(nèi)發(fā)生變化。為了 使系統(tǒng)趨向于穩(wěn)定，傳統(tǒng)的方法是利用輸出負載電容CL和其等效串聯(lián)電阻ESR形成零點來 補償。但是，對于不同的負載電阻RL，等效串聯(lián)電阻ESR的最大和最小值都有限制。通 常，需要昂貴而龐大的輸出電容以獲得精確的電容值和等效串聯(lián)電阻ESR值。相對于陶瓷 電容而言，電解電容和鉭電容體積龐大，價格昂貴，等效串聯(lián)電阻ESR有幾歐姆。陶瓷電容 等效串聯(lián)電阻ESR只有幾毫歐到幾十毫歐之間。采用傳統(tǒng)的補償方法就要求等效串聯(lián)電阻 ESR即不能太大也不能太小。一般情況下要求等效串聯(lián)電阻ESR大概在幾百毫歐到幾歐之 間。因此從成本考慮陶瓷電容是最佳選擇，但要求有電阻與其串聯(lián)使用。上述傳統(tǒng)的補償方法不僅對電容和等效串聯(lián)電阻ESR要求很高，瞬態(tài)響應(yīng)特性較 差和輸出紋波較大，而且固定的零點只能對于有限的輸出電流范圍起到穩(wěn)定作用，而對于 輸出負載變化很大情況，系統(tǒng)穩(wěn)定性依然會出現(xiàn)問題。對于負載電流從幾十微安到幾十毫 安甚至幾百毫安的變化中，負載電阻會變化為原來幾千分之一，主極點的位置也會發(fā)生幾 千倍的變化，一些寄生的極點對相位的影響不可忽略。系統(tǒng)就會趨向于不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種低壓 差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路。本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問題一種低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適 應(yīng)零點頻率補償電路，包括一個跨導(dǎo)放大器，該跨導(dǎo)放大器的輸出端通過電壓緩沖器連接 電壓調(diào)整管的柵極，該電壓調(diào)整管的源極連接電源端，漏極與兩分壓電阻構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò) 相連接，該反饋網(wǎng)絡(luò)的中端連接跨導(dǎo)放大器的反相輸入端，其特征在于還包括一個電流檢測電路，其一端連接電壓緩沖器與電壓調(diào)整管的公共端，另一端連接一個可變電阻電路的 調(diào)節(jié)端，該可變電阻電路的一端連接跨導(dǎo)放大器補償端，另一端通過補償電容連接電壓緩 沖器與電壓調(diào)整管的公共端。本發(fā)明成功解決了低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)定性問題，而且使得負載電容的等效串聯(lián) 電阻ESR對系統(tǒng)穩(wěn)定性，瞬態(tài)響應(yīng)，紋波的影響也并非至關(guān)重要。在本發(fā)明中，為了維持系 統(tǒng)在輸出負載大范圍內(nèi)變化時的穩(wěn)定，要求無論負載如何變化，系統(tǒng)都有足夠的相位裕度。 當負載較大，電流較小時，在結(jié)點C處極點即主極點位置較低，電流檢測電路檢測出的電流 較小，此時可變電阻電路的電阻較大，零點位置也相對較低，起到補償作用；當負載減小，電 流增大時，在結(jié)點C處主極點位置較高，檢測電路的檢測電流隨負載電流增大而增大，可變 電阻電路阻值較小，零點位置較高。所以產(chǎn)生的自適應(yīng)零點跟蹤極點的變化而變化，有效的 保證系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1為傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中自適應(yīng)零點頻率補償電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明中電流檢測電路和可變電阻電路結(jié)構(gòu)圖。圖中各序號分別表示為1-跨導(dǎo)放大器；2-電壓緩沖器；3-可變電阻電路；4-電流檢測電路；Rl-分壓電阻；R2-分壓電阻；Vref-基準電壓；RL-負載電阻；Cc-補償電容；CL-輸出電容； ESR-為負載電容CL寄生的等效串聯(lián)電阻；Ml-第一場效應(yīng)管；M2-第二場效應(yīng)管；M3-第三場效應(yīng)管；M4-第四場效應(yīng)管；M5-第五場效應(yīng)管；M6-第六場效應(yīng)管；M7-第七場效應(yīng)管；M8-第八場效應(yīng)管；M9-電壓調(diào)整管。Vin-電源端
具體實施方式以下結(jié)合附圖及其實施例對本發(fā)明作進一步的描述。參照圖2，本發(fā)明包括一個跨導(dǎo)放大器1 (OTA)，該跨導(dǎo)放大器1的輸出端通過電壓 緩沖器2連接電壓調(diào)整管M9 (PMOS)的柵極，該電壓調(diào)整管M9的源極連接電源端Vin，漏極 與兩分壓電阻Rl、R2構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)相連接，該反饋網(wǎng)絡(luò)的中端連接跨導(dǎo)放大器1的反相 輸入端。本發(fā)明還包括一個電流檢測電路4，其一端連接電壓緩沖器2與電壓調(diào)整管M9的 公共端，另一端連接一個可變電阻電路3的調(diào)節(jié)端，該可變電阻電路3的一端連接跨導(dǎo)放大 器1補償端，另一端通過補償電容CC連接電壓緩沖器2與電壓調(diào)整管M9的公共端。參照圖3所示，本發(fā)明所述的電流檢測電路4是由場效應(yīng)管構(gòu)成，其中第一場效應(yīng) 管Ml的柵極連接電壓緩沖器2與電壓調(diào)整管M9的公共端，源極與電源端Vin相連接，漏極 連接第二場效應(yīng)管M2柵極與漏極的公共端；第二場效應(yīng)管M2柵極與漏極相連接，其公共端 與第三場效應(yīng)管M3的柵極相連接，源極連接電源零端；第三場效應(yīng)管M3漏極與第四場效應(yīng)管M4漏極相連接，源極連接電源零端；第四場效應(yīng)管M4柵極連接第五場效應(yīng)管M5柵極與 漏極的公共端，源極連接電源零端；第五場效應(yīng)管M5柵極與漏極相連接，其公共端上加入 偏置電流，源極連接電源零端；第六場效應(yīng)管M6柵極與漏極相連接，其公共端連接第三場 效應(yīng)管M3以及第四場效應(yīng)管M4漏極的公共端，源極連接第七場效應(yīng)管M7柵極與漏極的公 共端；第七場效應(yīng)管M7柵極與漏極相連接，源極與電源端Vin相連接。繼續(xù)參照圖3所示，本發(fā)明所述的可變電阻電路3也由場效應(yīng)管構(gòu)成，其中第八場 效應(yīng)管M8的柵極與電流檢測電路4中的第六場效應(yīng)管M6柵極與漏極的公共端相連接，源 極與跨導(dǎo)放大器1補償端相連接，漏極連接補償電容CC，該補償電容CC的另一端連接電壓 緩沖器2與電壓調(diào)整管M9的公共端。在本發(fā)明中沒有考慮電壓基準源的設(shè)計，只是用一個基準電壓Vref代替電壓基 準源。以下簡述本發(fā)明的工作原理本發(fā)明在電壓調(diào)整管M9處并聯(lián)第一場效應(yīng)管Ml作 為電流檢測管，檢測輸出電流。該第一場效應(yīng)管Ml將檢測出的電流通過第二場效應(yīng)管M2鏡 像到第三場效應(yīng)管M3。第五場效應(yīng)管M5將外加偏置電流鏡像到第四場效應(yīng)管M4。該第四 場效應(yīng)管M4和第三場效應(yīng)管M3的電流之和通過第六場效應(yīng)管M6和第七場效應(yīng)管M7。第 八場效應(yīng)管M8是工作在線性區(qū)的MOS管，作為可變電阻電路3，其阻值隨E點電壓變化而變 化。其中D點為跨導(dǎo)放大器1中的一個與結(jié)點A反相的結(jié)點。當負載變大即負載電流變小時，主極點變小，流經(jīng)檢測管第一場效應(yīng)管M1，此時， 第三場效應(yīng)管M2、第三場效應(yīng)管M3的電流與負載電流成比例減小。由于第四場效應(yīng)管M4 電流為外加偏置電流固定不變，所以流過第六場效應(yīng)管M6和第七場效應(yīng)管M7的電流減小， 使得結(jié)點E的電壓上升，即使得工作在線性區(qū)的第八場效應(yīng)管M8的柵極電壓上升，從而增 大從結(jié)點D到結(jié)點B的電阻，補償零點跟隨輸出極點的下降而下降。其中由第四場效應(yīng)管 M4和第五場效應(yīng)管M5提供的固定偏置電流主要是限制結(jié)點E的電壓，防止輸出電流過低， 導(dǎo)致E點電壓過高而使得工作在線性區(qū)的第八場效應(yīng)管M8截止，致使整個電路的失去補償 作用。反之，當負載變小，輸出電流變大，主極點變大，則流過檢測的第一場效應(yīng)管Ml電 流減小，第二、三場效應(yīng)管M2、M3，以及第六、七場效應(yīng)管M6、M7的電流隨即減小，于是E點 電壓下降，工作于線性區(qū)的第八場效應(yīng)管M8溝道電阻減小，補償零點頻率跟隨主極點頻率 增加而增加，從而維持了系統(tǒng)穩(wěn)定性。綜上所述分析，本發(fā)明的自適應(yīng)零點頻率補償電路很好的解決了傳統(tǒng)頻率補償方 法所無法解決的輸出負載大范圍變化時系統(tǒng)不穩(wěn)定問題。
權(quán)利要求
一種低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路，包括一個跨導(dǎo)放大器，該跨導(dǎo)放大器的輸出端通過電壓緩沖器連接電壓調(diào)整管的柵極，該電壓調(diào)整管的源極連接電源端，漏極與兩分壓電阻構(gòu)成的反饋網(wǎng)絡(luò)相連接，該反饋網(wǎng)絡(luò)的中端連接跨導(dǎo)放大器的反相輸入端，其特征在于還包括一個電流檢測電路，其一端連接電壓緩沖器與電壓調(diào)整管的公共端，另一端連接一個可變電阻電路的調(diào)節(jié)端，該可變電阻電路的一端連接跨導(dǎo)放大器補償端，另一端通過補償電容連接電壓緩沖器與電壓調(diào)整管的公共端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路，其特征在 于所述的電流檢測電路由場效應(yīng)管構(gòu)成，其中第一場效應(yīng)管的柵極連接電壓緩沖器與電 壓調(diào)整管的公共端，源極與電源端相連接，漏極連接第二場效應(yīng)管柵極與漏極的公共端；第 二場效應(yīng)管柵極與漏極相連接，其公共端與第三場效應(yīng)管的柵極相連接，源極連接電源零 端；第三場效應(yīng)管漏極與第四場效應(yīng)管漏極相連接，源極連接電源零端；第四場效應(yīng)管柵 極連接第五場效應(yīng)管柵極與漏極的公共端，源極連接電源零端；第五場效應(yīng)管柵極與漏極 相連接，其公共端上加入偏置電流，源極連接電源零端；第六場效應(yīng)管柵極與漏極相連接， 其公共端連接第三、第四場效應(yīng)管漏極的公共端，源極連接第七場效應(yīng)管柵極與漏極的公 共端；第七場效應(yīng)管柵極與漏極相連接，源極與電源端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路，其特征在 于所述的可變電阻電路由場效應(yīng)管構(gòu)成，其中第八場效應(yīng)管的柵極與電流檢測電路中的 第六場效應(yīng)管柵極與漏極的公共端相連接，源極與跨導(dǎo)放大器補償端相連接，漏極連接補 償電容，該補償電容的另一端連接電壓緩沖器與電壓調(diào)整管的公共端。
全文摘要
一種低壓差線性穩(wěn)壓器中的自適應(yīng)零點頻率補償電路，跨導(dǎo)放大器輸出端通過電壓緩沖器與電壓調(diào)整管相連接，電流檢測電路連接電壓緩沖器與電壓調(diào)整管公共端，另一端連接可變電阻電路，該可變電阻電路連接跨導(dǎo)放大器補償端。本發(fā)明當負載較大電流較小時，被電流檢測電路檢出，此時作用于可變電阻電路使其電阻增大，零點位置也相對較低；反之當負載減小電流增大時，可變電阻電路阻值減小，零點位置較高。因此可以使所產(chǎn)生的自適應(yīng)零點跟蹤極點的變化而變化，起到補償作用，有效保證系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明成功解決了低壓差線性穩(wěn)壓器穩(wěn)定性問題，從而使得負載電容等效串聯(lián)電阻對系統(tǒng)穩(wěn)定性，瞬態(tài)響應(yīng)，紋波的影響并非至關(guān)重要。
文檔編號G05F1/565GK101957628SQ20091005505
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者楊波, 肖國慶 申請人:上海沙丘微電子有限公司