一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，屬于集成電路的【技術(shù)領(lǐng)域】。低壓差線性穩(wěn)壓器，包括：運(yùn)算放大器、誤差放大器、輸出MOS管、電壓尖峰檢測電路，運(yùn)算放大器第一輸入端、誤差放大器第一輸入端分別接基準(zhǔn)電壓，誤差放大器第二輸入端接運(yùn)算放大器輸出端，輸出MOS管柵極接誤差放大器輸出端，輸出MOS管源極接電源正輸入端，電壓尖峰檢測電路輸入端接輸出MOS管漏極，輸出端接所述運(yùn)算放大器第二輸入端，具有高速的電壓轉(zhuǎn)換率和快速穩(wěn)定的瞬態(tài)輸出響應(yīng)；可以在較低電壓下工作，節(jié)省了芯片功耗，適用于低功耗環(huán)境中。
【專利說明】一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，屬于集成電路的【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著平板電腦、智能手機(jī)等便攜式設(shè)備的普及，人們對電池使用時間長短的要求越來越高，而電源效率是衡量電池壽命的管鍵指標(biāo)，因此，靜態(tài)電流和低輸入輸出電壓差顯得尤為重要。低壓差線性穩(wěn)壓器能夠為模擬電路和射頻電路等噪聲敏感度高的電路提供低輸出紋波電源，擁有低靜態(tài)功耗，低噪聲，電路結(jié)構(gòu)相對簡單，外圍元器件少，電路規(guī)模小等優(yōu)點(diǎn)，因而可以被廣泛應(yīng)用于片上系統(tǒng)芯片(SOC，System On Chips)中。
[0003]傳統(tǒng)的低壓差線性穩(wěn)壓器通常要在輸出加一個UF級以上的外接電容，用來保證良好的輸出負(fù)載階躍響應(yīng)，然而外接電容的引入無疑會使SOC芯片的面積增加或者使系統(tǒng)的體積增加，導(dǎo)致低壓差線性穩(wěn)壓器不能被很好的利用。因而，無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器已經(jīng)成為線性穩(wěn)壓器中的優(yōu)先選擇。
[0004]圖1為一種常見的無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路框圖，該電路包括誤差放大器、緩沖放大器、輸出管、分壓電路以及補(bǔ)償電容。該電路去掉了外接電容，但是當(dāng)負(fù)載瞬態(tài)變化時，由于沒有足夠的電容能提供瞬態(tài)負(fù)載跳變時所需的瞬態(tài)電流，同時整個穩(wěn)壓反饋環(huán)路的響應(yīng)時間緩慢，導(dǎo)致輸出電壓Vout會隨著負(fù)載電流的變化而產(chǎn)生很大的上沖尖峰電壓和下沖尖峰電壓，無法滿足高性能穩(wěn)壓電源設(shè)計的工業(yè)級指標(biāo)。
[0005]因而，針對性的提出一種無外接電容且輸出瞬態(tài)響應(yīng)快且穩(wěn)定的低壓差線性穩(wěn)壓器將顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器。
[0007]本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:
一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括:運(yùn)算放大器、誤差放大器、輸出MOS管，所述運(yùn)算放大器第一輸入端、誤差放大器第一輸入端分別接基準(zhǔn)電壓，所述誤差放大器第二輸入端接運(yùn)算放大器輸出端，所述輸出MOS管柵極接誤差放大器輸出端，輸出MOS管源極接電源正輸入端，
所述無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器還包括電壓尖峰檢測電路，所述電壓尖峰檢測電路輸入端接所述輸出MOS管漏極，輸出端接所述運(yùn)算放大器第二輸入端。
[0008]所述一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器中，電壓尖峰檢測電路包括第一電容、第一電阻、第七M(jìn)OS管、第八MOS管，所述第一電容一極接輸出MOS管漏極，第一電容的另一極、第一電阻一端分別與第八MOS管的柵極連接，所述第一電阻另一端、第七M(jìn)OS管漏極以及柵極分別接電源正輸入端，所述第七、第八MOS管源極接地，所述第七M(jìn)OS管、第八MOS管為NMOS管。 所述一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器中，誤差放大器包括:第三電容、差分對組、反向增益級，
所述差分對組包括:第十一、第十二 MOS管組成的第一共柵差分對，第十三、第十四MOS管組成的第二共柵差分對，第十五、第十六MOS管組成的第一共漏差分對，
所述非反向增益級:包括第九MOS管，第十七、第十九MOS管組成的第二共漏差分對，第十八、第二十MOS管組成的第三共漏差分對，
其中，所述第十二 MOS管柵極、漏極分別與第十四MOS管漏極連接，所述第十一 MOS管漏極、第十三MOS管漏極分別與所述第十五MOS管源極連接，所述第十三、第十四MOS管的柵極都接電源正輸入端，所述第十三、第十四MOS管的源極都接地，所述第十八MOS管源極接電源正輸入端，所述第九MOS管漏極、柵極分別與第十八MOS管柵極連接，所述輸出MOS管柵極與第十八MOS管漏極連接，所述第二十MOS管源極接地，所述第十七M(jìn)OS管源極接電源正輸入端，第十七M(jìn)OS管的柵極、第三電容一極分別與所述第一共漏差分對的漏極連接點(diǎn)相連，所述第十九MOS管的漏極、柵極分別與所述第二十MOS管柵極連接，所述第十九、第二十MOS管源極均接地，所述第九MOS管源極接電源正輸入端，所述第九MOS管柵極以及漏極、所述第十八MOS管柵極分別與第八MOS管漏極連接，所述第三電容另一極、第十一 MOS管源極分別與所述輸出MOS管漏極連接，
所述第九、第十一、第十二、第十六、第十七、第十八MOS管為PMOS管，第十三、第十四、第十五、第十九、第二十MOS管為NMOS管。
[0009]所述一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器中，運(yùn)算放大器包括:
第一、第三MOS管組成的第四共漏差分對，
第二、第四MOS管組成的第五共漏差分對，
第三、第五MOS管、第六MOS管、第二電容，
其中，所述第四、第五共漏差分對的一端分別接電源正輸入端，第四、第五共漏差分對的另一端分別接所述第六MOS管漏極，第六MOS管柵極接電源正輸入端，第六MOS管源極接地，所述第五MOS管源極接電源正輸入端，所述第一 MOS管柵極、所述第五MOS管漏極分別與第十二 MOS管源極連接，所述第五MOS管柵極、第五共漏差分對的漏極連接點(diǎn)分別與所述第二電容一極連接，第二電容另一極接地，
所述第一、第二、第六MOS管為NMOS管，第三、第四、第五MOS管為PMOS管。
[0010]所述一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器中，第六、第七、第八、第十三、第十四、第十九、第二十MOS管的漏極與電源正輸入端之間接有偏置電流源。
[0011]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:
(1)具有高速的電壓轉(zhuǎn)換率和快速穩(wěn)定的瞬態(tài)輸出響應(yīng)；
(2)可以在較低電壓下工作，節(jié)省了芯片功耗，適用于低功耗環(huán)中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為現(xiàn)有的無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器電路框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器電路框圖。
[0014]圖3為本發(fā)明具體電路圖。
[0015]圖4 (a)為現(xiàn)有無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電流波形圖，圖4 (b)為現(xiàn)有無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓波形圖。
[0016]圖5 (a)為本發(fā)明無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電流波形圖，圖5 (b)為本發(fā)明無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓波形圖。
[0017]圖中標(biāo)號說明:M1~M9為第一至第九MOS管，MlO為輸出MOS管，M11~M20為第十一至第二十MOS管，CrC3為第一至第三電容，Rl為第一電阻。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
本發(fā)明涉及的無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器如圖2所示，包括:運(yùn)算放大器、誤差放大器、輸出MOS管,運(yùn)算放大器第一輸入端、誤差放大器第一輸入端分別接基準(zhǔn)電壓，誤差放大器第二輸入端接運(yùn)算放大器輸出端，輸出MOS管柵極接誤差放大器輸出端，輸出MOS管源極接電源。無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器還包括電壓尖峰檢測電路，電壓尖峰檢測電路輸入端接輸出MOS管漏極，輸出端接運(yùn)算放大器第二輸入端。在實現(xiàn)無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路板上留有電源正輸入端口 Vin、電源負(fù)輸入端口GND，基準(zhǔn)電壓輸入端口 Vkef，輸出端口 Votit，基準(zhǔn)電壓Vkef由帶隙電壓給出，范圍一般可以是
0.5V-1.3V 左右。
[0019]電壓尖峰檢測電路，包括第一電容Cl、第一電阻R1、第七M(jìn)OS管M7、第八MOS管M8，第一電容Cl 一極接輸出MOS管MlO漏極，第一電容Cl的另一極、第一電阻Rl —端分別與第八MOS管M8的柵極連接，第一電阻Rl另一端、第七M(jìn)OS管M7漏極分別接電源正輸入端口 VIN，第七、第八MOS管M7、M8源極接電 源負(fù)輸入端口 GND，第八MOS管M8漏極為電壓尖峰檢測電路的輸出端。第七M(jìn)OS管M7、第八MOS管M8為NMOS管。
[0020]誤差放大器包括:第三電容C3、差分對組、反向增益級。差分對組包括:第十一、第十二 MOS管Mil、M12組成的第一共柵差分對，第十三、第十四MOS管M13、M14組成的第二共柵差分對，第十五、第十六MOS管M15、M16組成的第一共漏差分對。非反向增益級:包括第九MOS管M9，第十七、第十九MOS管M17、M19組成的第二共漏差分對，第十八、第二十MOS管M18、M20組成的第三共漏差分對。第十二 MOS管M12柵極、漏極分別與第十四MOS管M14漏極連接，第十一 MOS管Mll漏極、第十三MOS管M13漏極分別與第十五MOS管M15源極連接，第十三、第十四MOS管M13、M14的柵極都接電源正輸入端口 VIN，第十三、第十四MOS管M13、M14的源極都接電源負(fù)輸入端口 GND，第十八MOS管M18源極接電源正輸入端口 Vin，第九MOS管M9漏極、柵極分別與第十八MOS管M18柵極連接，輸出MOS管MlO柵極與第十八MOS管M18漏極連接，第二十MOS管M20源極接電源負(fù)輸入端口 GND，第十七M(jìn)OS管M17源極接電源正輸入端口 Vin，第十七M(jìn)OS管M17的柵極、第三電容C3 —極分別與第一共漏差分對的漏極連接點(diǎn)相連接，第十九MOS管M19的漏極、柵極分別與第二十MOS管M20柵極連接，第十九MOS管M19源極接地，第九MOS管M9源極接電源正輸入端口 VIN，第九MOS管M9柵極以及漏極、第十八MOS管M18柵極分別與第八MOS管M8漏極連接，第三電容C3另一極、第H MOS管Mll源極分別與輸出MOS管MlO漏極連接。第九、第1、第十二、第十六、第十七M(jìn)OS管、第十八MOS管M9、M11、M12、M16、M17、M18為PMOS管，第十三、第十四、第十五、第十九、第二十 MOS 管 M13、M14、M15、M19、M20 為 NMOS 管。
[0021]運(yùn)算放大器包括:第一、第三MOS管M1、M3組成的第四共漏差分對，第二、第四MOS管M2、M4組成的第五共漏差分對，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第二電容C2。第四、第五共漏差分對的一端分別接電源正輸入端口 Vin，第四、第五共漏差分對的另一端分別接第六MOS管M6漏極，第六MOS管M6柵極接電源正輸入端口 VIN，第六MOS管M6源極接電源負(fù)輸入端口 GND，第五MOS管M5源極接電源正輸入端口 Vin，第一 MOS管Ml柵極、第五MOS管M5漏極分別與第十二 MOS管M12源極連接，第五MOS管M5柵極、第五共漏差分對的漏極連接點(diǎn)分別與第二電容C2—極連接，第二電容C2另一極接電源負(fù)輸入端口 GND。第三、第四、第五MOS管為PMOS管，第一、第二、第六MOS管為NMOS管。
[0022]在第六、第七、第八、第十三、第十四、第十九、第二十MOS管M6、M7、M8、M13、M14、M19、M20的漏極與電源正輸入端口 Vin之間接有偏置電流源IBIAS。
[0023]圖3為常見的無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的波形仿真圖，如圖3所示，電流參數(shù)的變化范圍ImAlOmA,從圖中可以看出上升沿和下降沿都是luS，輸出波形的瞬態(tài)波動不超過2mV,恢復(fù)時間小于luS。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例中無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的波形仿真圖，如圖4所示，電流參數(shù)的變化范圍ImAlOmA,從圖中可以看出上升沿和下降沿都是0.lluS，輸出波形的瞬態(tài)波動不超過20mV，恢復(fù)時間小于0.5uS。
[0025]從以上仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明所提供的一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電壓的上沖尖峰電壓和下沖尖峰電壓具有極小的上升沿時間、極小的下降沿時間和極小的恢復(fù)時間，輸出電壓具有高速的電壓轉(zhuǎn)換率和快速穩(wěn)定的瞬態(tài)輸出響應(yīng)。
[0026]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0027]輸出MOS管的VOUT瞬態(tài)變化，電壓尖峰檢測電路在VOUT突變時間，將檢測到的突變信號經(jīng)過誤差放大器耦合到運(yùn)算放大器的輸入端，以運(yùn)算放大器的比較結(jié)果作為輸出MOS管柵極控制信號達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
[0028]如圖4 (a)、圖4 (b)所示的無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的波形仿真圖，輸出電流參數(shù)的變化范圍ImAlOmA,從圖中可以看出上升沿和下降沿都是luS，輸出電壓波形的瞬態(tài)波動不超過2mV,恢復(fù)時間小于luS。
[0029]本發(fā)明實施例中無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器的波形仿真圖如圖5 (a)、圖5 (b)所示，輸出電流參數(shù)的變化范圍lmyT50mA，從圖中可以看出上升沿和下降沿都是
0.lluS，輸出電壓波形的瞬態(tài)波動不超過20mV，恢復(fù)時間小于0.5uS。
[0030]比較圖4.圖5的波形圖，可知，本發(fā)明所述的本發(fā)明無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器:
(3)具有高速的電壓轉(zhuǎn)換率和快速穩(wěn)定的瞬態(tài)輸出響應(yīng)；
(4)可以在較低電壓下工作，節(jié)省了芯片功耗，適用于低功耗環(huán)境中。
【權(quán)利要求】
1.一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括:運(yùn)算放大器、誤差放大器、輸出MOS管，所述運(yùn)算放大器第一輸入端、誤差放大器第一輸入端分別接基準(zhǔn)電壓，所述誤差放大器第二輸入端接運(yùn)算放大器輸出端，所述輸出MOS管柵極接誤差放大器輸出端，輸出MOS管源極接電源正輸入端，其特征在于: 所述無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器還包括電壓尖峰檢測電路，所述電壓尖峰檢測電路輸入端接所述輸出MOS管漏極，輸出端接所述運(yùn)算放大器第二輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:所述電壓尖峰檢測電路包括第一電容、第一電阻、第七M(jìn)OS管、第八MOS管，所述第一電容一極接輸出MOS管漏極，第一電容的另一極、第一電阻一端分別與第八MOS管的柵極連接，所述第一電阻另一端、第七M(jìn)OS管漏極以及柵極分別接電源正輸入端，所述第七、第八MOS管源極接地，所述第七M(jìn)OS管、第八MOS管為NMOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:所述誤差放大器包括:第三電容、差分對組、反向增益級； 所述差分對組包括:第十一、第十二 MOS管組成的第一共柵差分對，第十三、第十四MOS管組成的第二共柵差分對，第十五、第十六MOS管組成的第一共漏差分對； 所述非反向增益級:包括第九MOS管，第十七、第十九MOS管組成的第二共漏差分對，第十八、第二十MOS管組成的第三共漏差分對； 其中，所述第十二 MOS管柵極、漏極分別與第十四MOS管漏極連接，所述第十一 MOS管漏極、第十三MOS管漏極分別與所述第十五MOS管源極連接，所述第十三、第十四MOS管的柵極都接電源正輸入端，所述第十三、第十四MOS管的源極都接地，所述第十八MOS管源極接電源正輸入端，所述第九MOS管漏極、柵極分別與第十八MOS管柵極連接，所述輸出MOS管柵極與第十八MOS管漏極連接，所述第二十MOS管源極接地，所述第十七M(jìn)OS管源極接電源正輸入端，第十七M(jìn)OS管的柵極、第三電容一極分別與所述第一共漏差分對的漏極連接點(diǎn)相連，所述第十九MOS管的漏極、柵極分別與所述第二十MOS管柵極連接，所述第十九、第二十MOS管源極均接地，所述第九MOS管源極接電源正輸入端，所述第九MOS管柵極以及漏極、所述第十八MOS管柵極分別與第八MOS管漏極連接，所述第三電容另一極、第十一 MOS管源極分別與所述輸出MOS管漏極連接； 所述第九、第十一、第十二、第十六、第十七、第十八MOS管為PMOS管，第十三、第十四、第十五、第十九、第二十MOS管為NMOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:所述運(yùn)算放大器包括: 第三MOS管組成的第四共漏差分對； 第四MOS管組成的第五共漏差分對； 第五MOS管、第六MOS管、第二電容； 其中，所述第四、第五共漏 差分對的一端分別接電源正輸入端，第四、第五共漏差分對的另一端分別接所述第六MOS管漏極，第六MOS管柵極接電源正輸入端，第六MOS管源極接地，所述第五MOS管源極接電源正輸入端，所述第一 MOS管柵極、所述第五MOS管漏極分別與第十二 MOS管源極連接，所述第五MOS管柵極、第五共漏差分對的漏極連接點(diǎn)分別與所述第二電容一極連接，第二電容另一極接地；所述第一、第二、第六MOS管為NMOS管，第三、第四、第五MOS管為PMOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無外接電容的低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:所述第六、第七、第八、第十三 、第十四、第十九、第二十MOS管的漏極與電源正輸入端之間接有偏置電流源。
【文檔編號】G05F1/56GK103792982SQ201310587501
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】李瑋, 周燁, 陸俊嘉, 黃剛, 楊凡, 楊文昊 申請人:無錫芯響電子科技有限公司