本發(fā)明屬于電源管理技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種超低功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的發(fā)展以及便攜式電子設(shè)備的快速普及，使得集成電路設(shè)計趨向于低功耗、高安全性、高能效和高集成度等特點。

電源管理模塊是芯片的基本單元電路，低壓差線性穩(wěn)壓器(ldo，lowdropoutregulator)作為電源管理模塊在大規(guī)模集成電路系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用

ldo由于所需外部元器件較少而在低功耗的電源管理系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。受低功耗要求的影響，傳統(tǒng)ldo的結(jié)構(gòu)比較簡單，在電源電壓或者輸出負(fù)載條件變化時由于沒有足夠的電流來支撐ldo快速響應(yīng)導(dǎo)致ldo輸出表現(xiàn)出較大的過壓或欠壓現(xiàn)象，并且恢復(fù)到穩(wěn)定輸出值的時間也較長。此外，由于ldo中保護(hù)功能需要消耗一定的功耗，所以傳統(tǒng)的低功耗ldo中大都省略部分保護(hù)功能，包括過溫保護(hù)和過流保護(hù)功能，如公開專利：cn102789256b，這樣不利于芯片的工作安全，容易過溫或者過流從而導(dǎo)致芯片失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超低功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器用以解決上述的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種超低功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括主環(huán)路電路、輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路和第一電流源，所述第一電流源為主環(huán)路電路的誤差放大器提供靜態(tài)偏置電流ib0，所述輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路用于檢測主環(huán)路電路的輸出電壓的過壓和欠壓并把過壓和欠壓轉(zhuǎn)換成與其正相關(guān)的電流作為主環(huán)路電路的誤差放大器的第一動態(tài)偏置電流ib1。

進(jìn)一步的，所述靜態(tài)偏置電流ib0小于10na。

進(jìn)一步的，所述輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路包括第一電流鏡、比較器a0、比較器a1、pmos管m4-m5和nmos管m6-m7，所述比較器a0的同相輸入端接主環(huán)路的電壓采樣電路的輸出端vfb，所述比較器a0的反相輸入端接參考電壓vref，所述比較器a0的輸出端接pmos管m4的柵極，所述比較器a1的反相輸入端接主環(huán)路的電壓采樣電路的輸出端vfb，所述比較器a1的同相輸入端接參考電壓vref，所述比較器a1的輸出端接pmos管m5的柵極，所述pmos管m4和m5的漏極接地，所述pmos管m4和m5的源極接第一電流鏡的輸入端，所述第一電流鏡的輸出端同時接nmos管m6的柵極、nmos管m7的柵極和nmos管m7的漏極，所述nmos管m6和m7的源極接地，所述nmos管m6的漏極為主環(huán)路電路的誤差放大器提供第一動態(tài)偏置電流ib1。

更進(jìn)一步的，所述第一電流鏡為非線性電流鏡。

更進(jìn)一步的，所述第一電流鏡包括pmos管m8-m10，所述pmos管m8和m9的源極接電源vcc，所述pmos管m8的漏極同時接nmos管m6的柵極、nmos管m7的柵極和nmos管m7的漏極，所述pmos管m9的漏極同時接pmos管m4、m5和m10的源極，所述pmos管m8-m10的柵極同時接偏置電壓vbias，所述pmos管m10的漏極接電流源ib3。

進(jìn)一步的，還包括輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路，所述輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路用于檢測主環(huán)路電路的輸出電流并將主環(huán)路電路的輸出電流按一定比例轉(zhuǎn)換后作為主環(huán)路電路的誤差放大器的第二動態(tài)偏置電流ib2。

更進(jìn)一步的，所述輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路包括pmos管ms1、nmos管m11和nmos管m12，所述pmos管ms1的柵極接主環(huán)路電路的輸出功率管mp0的控制端，所述pmos管ms1的源極接電源vcc，所述pmos管ms1的漏極同時接nmos管m11的漏極、nmos管m11的柵極和nmos管m12的柵極，所述nmos管m11和nmos管m12的源極接地，所述nmos管m12的漏極為主環(huán)路電路的誤差放大器提供第二動態(tài)偏置電流ib2。

進(jìn)一步的，還包括輸出電流判斷電路和過流保護(hù)電路，所述輸出電流判斷電路用于判斷主環(huán)路電路的輸出電流是否超過設(shè)定值，當(dāng)主環(huán)路電路的輸出電流超過設(shè)定值時，則輸出控制信號給過流保護(hù)電路使其啟動工作，所述過流保護(hù)電路用于對主環(huán)路電路進(jìn)行過流保護(hù)。

更進(jìn)一步的，所述過流保護(hù)電路為折返式過流保護(hù)電路。

進(jìn)一步的，還包括輸出電流判斷電路和過溫保護(hù)電路，所述輸出電流判斷電路用于判斷主環(huán)路電路的輸出電流是否超過設(shè)定值，當(dāng)主環(huán)路電路的輸出電流超過設(shè)定值時，則輸出控制信號給過溫保護(hù)電路使其啟動工作，所述過溫保護(hù)電路用于對主環(huán)路電路進(jìn)行過溫保護(hù)。

進(jìn)一步的，所述主環(huán)路電路的電壓采樣電路包括電阻r1和r0，所述電阻r1的第一端與電阻r0的第一端連接，所述電阻r1的第二端接主環(huán)路電路的輸出功率管的輸出端，所述電阻r0的第二端接地，所述電阻r1為可調(diào)電阻。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明通過輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路，當(dāng)輸出過壓或者欠壓時會產(chǎn)生第一動態(tài)偏置電流ib1，該電流為動態(tài)電流，只有在輸出過壓或者欠壓情況下電流值變大，而在輸出穩(wěn)定時該電流值很小，且靜態(tài)偏置電流ib0設(shè)置很小，滿足超低功耗的設(shè)計。

輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路中所采用的非線性電流鏡技術(shù)，使得ldo負(fù)載電壓突變的幅度較大時能夠提供更多的第一動態(tài)偏置電流ib1給主環(huán)路電路的誤差放大器，從而使得ldo具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度。

輸出電流判斷電路用于開關(guān)ldo保護(hù)功能的作用，只有輸出電流超過所設(shè)定的閾值時才開啟保護(hù)功能，使得在負(fù)載電流較小時保護(hù)功能關(guān)閉從而達(dá)到低負(fù)載條件下低功耗的目的，由于低負(fù)載條件不會發(fā)生過溫過流的極端情況，因此輸出電流檢測的開關(guān)作用使得降低功耗的同時不影響電路的工作安全。

過流保護(hù)的閾值不隨者輸出電壓設(shè)定的不同而改變，通過不同的電阻r1的值來設(shè)定不同的輸出電壓時過流保護(hù)的啟動閾值及輸出短路的電流限定值均不會改變。從而賦予輸出電壓更多可能的配置值，實現(xiàn)具有可編程的多種輸出電壓選擇。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例的主環(huán)路電路的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明實施例的輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流源產(chǎn)生電路的電路原理圖；

圖4為本發(fā)明實施例的第一電流鏡的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實施例的輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流源產(chǎn)生電路的電路原理圖；

圖6為本發(fā)明實施例的輸出電流判斷電路和過流保護(hù)電路的電路原理圖；

圖7為本發(fā)明實施例的過溫保護(hù)電路的電路原理圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種超低功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，包括主環(huán)路電路11、輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路13和第一電流源12，所述第一電流源12為主環(huán)路電路的誤差放大器提供靜態(tài)偏置電流ib0，所述輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路13用于檢測主環(huán)路電路11的輸出電壓的過壓和欠壓并把過壓和欠壓轉(zhuǎn)換成與其正相關(guān)的電流作為主環(huán)路電路11的誤差放大器的第一動態(tài)偏置電流ib1。

本具體實施例中，所述靜態(tài)偏置電流ib0小于10na，優(yōu)選小于5na，更優(yōu)選小于3na。即靜態(tài)偏置電流ib0的大小只要滿足主環(huán)路電路11正常工作的最低值即可，從而實現(xiàn)超低功耗。當(dāng)然，在其它實施例中，靜態(tài)偏置電流ib0根據(jù)實際情況設(shè)定，只要滿足主環(huán)路電路11正常工作的最低值即可，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，主環(huán)路電路11包括誤差比較器、輸出功率管、補償網(wǎng)絡(luò)和電壓采樣電路，具體的，如圖2所示，誤差比較器包括nmos管m0-m1和pmos管m2-m3，輸出功率管為pmos管mp0，補償網(wǎng)絡(luò)包括電容cc和電阻rc，電壓采樣電路包括電阻r1和r0，其具體連接關(guān)系可以參見圖2，此不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，電阻r1為可調(diào)電阻，通過改變電阻r1的阻值可以實現(xiàn)輸出電壓可編程的功能。環(huán)路控制使得電壓vfb＝vref，從而獲得穩(wěn)定的輸出電壓vout＝(r1+r0)*vref/r0。

當(dāng)然，在其它實施例中，主環(huán)路電路11也可以采用現(xiàn)有的其它低壓差線性穩(wěn)壓器電路，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，如圖3所示，輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路13包括第一電流鏡1、比較器a0、比較器a1、pmos管m4-m5和nmos管m6-m7，所述比較器a0的同相輸入端接主環(huán)路電路的電壓采樣電路的輸出端vfb(即電阻r1和r0之間的節(jié)點)，所述比較器a0的反相輸入端接參考電壓vref，所述比較器a0的輸出端接pmos管m4的柵極，所述比較器a1的反相輸入端接主環(huán)路電路11的電壓采樣電路的輸出端vfb，所述比較器a1的同相輸入端接參考電壓vref，所述比較器a1的輸出端接pmos管m5的柵極，所述pmos管m4和m5的漏極接地，所述pmos管m4和m5的源極接第一電流鏡1的輸入端，所述第一電流鏡1的輸出端同時接nmos管m6的柵極、nmos管m7的柵極和nmos管m7的漏極，所述nmos管m6和m7的源極接地，所述nmos管m6的漏極接nmos管m0和m1的源極，即為主環(huán)路電路11的誤差放大器提供第一動態(tài)偏置電流ib1。

本具體實施例中，所述第一電流鏡1優(yōu)選為非線性電流鏡，當(dāng)然，在其它實施例中，也可以采用線性電流鏡。

具體的，如圖4所示，所述第一電流鏡1包括pmos管m8-m10，所述pmos管m8和m9的源極接電源vcc，所述pmos管m8的漏極同時接nmos管m6的柵極、nmos管m7的柵極和nmos管m7的漏極，所述pmos管m9的漏極同時接pmos管m4、m5和m10的源極，所述pmos管m8-m10的柵極同時接偏置電壓vbias，所述pmos管m10的漏極接電流源ib3。當(dāng)然，在其它實施例中，第一電流鏡1也可以采用其它的非線性電流鏡電路，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

當(dāng)輸出電壓過壓或者欠壓，即電壓vref大于或者小于電壓vfb時，由于比較器a0和a1輸入對管的不平衡產(chǎn)生了電流idyn，完成了從過壓或者欠壓轉(zhuǎn)成電流的變換過程。非線性電流鏡1使得電流imirr/idyn的值隨著電流idyn的增加而增加，從而在輸出過壓或者欠壓的情況下快速產(chǎn)生第一動態(tài)偏置電流ib1，并且第一動態(tài)偏置電流ib1的值隨著過壓或者欠壓幅度的增加而迅速增大，從而使得ldo具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度。

當(dāng)然，在其它實施例中，輸出電壓檢測及第一動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路13也可以采用現(xiàn)有的其它電壓檢測及轉(zhuǎn)換電路，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，還包括輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路14，所述輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路14用于檢測主環(huán)路電路11的輸出電流并將主環(huán)路電路11的輸出電流按一定比例轉(zhuǎn)換后作為主環(huán)路電路11的誤差放大器的第二動態(tài)偏置電流ib2。

具體的，如圖5所示，所述輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路14包括pmos管ms1、nmos管m11和nmos管m12，所述pmos管ms1的柵極接主環(huán)路電路11的pmos管mp0的柵極(輸出功率管mp0的控制端)，所述pmos管ms1的源極接電源vcc，所述pmos管ms1的漏極同時接nmos管m11的漏極、nmos管m11的柵極和nmos管m12的柵極，所述nmos管m11和nmos管m12的源極接地，所述nmos管m12的漏極接nmos管m0和m1的源極，即為主環(huán)路電路11的誤差放大器提供第二動態(tài)偏置電流ib2。

輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路14將主環(huán)路電路11的輸出電流按一定比例縮小后輸出給主環(huán)路電路11的誤差放大器，作為其第二動態(tài)偏置電流ib2，當(dāng)輸出電流越大時，第二動態(tài)偏置電流ib2越大，從而使得ldo具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度。

圖5只是給出了輸出電流檢測及第二動態(tài)偏置電流產(chǎn)生電路14優(yōu)選的實施方式，在其它實施例中，也可以采用其它電路實現(xiàn)方式，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，還包括輸出電流判斷電路15和過流保護(hù)電路16，所述輸出電流判斷電路15用于判斷主環(huán)路電路11的輸出電流是否超過設(shè)定值，當(dāng)主環(huán)路電路11的輸出電流超過設(shè)定值時，則輸出控制信號給過流保護(hù)電路16使其啟動工作，所述過流保護(hù)電路16用于對主環(huán)路電路11進(jìn)行過流保護(hù)。

本具體實施例中，所述過流保護(hù)電路16優(yōu)選為折返式過流保護(hù)電路。

具體的，如圖6所示，輸出電流判斷電路15包括pmos管ms0和參考電流源ib4，所述過流保護(hù)電路16包括pmos管m13-m17、nmos管m22-m23、開關(guān)sw0-sw2、pmos管mp1-mp2、電阻r2-r3和電流源ib5-ib7。具體連接關(guān)系參見圖6，此不再細(xì)說，pmos管ms0和參考電流源ib4之間的節(jié)點oc為輸出電流判斷電路15的輸出端，用于輸出控制信號給開關(guān)sw0-sw2的控制端，控制開關(guān)sw0-sw2導(dǎo)通。

當(dāng)主環(huán)路電路11的輸出電流大于設(shè)定值(過流)，即pmos管ms0中的電流大于參考電流源ib4的電流時，輸出端oc輸出為高電平，開關(guān)sw0-sw2閉合從而接通過流保護(hù)電路16，過流保護(hù)電路16確定了啟動閾值及輸出短路時pmos管mp0上流過電流的限定值。負(fù)載過流時的啟動閾值ioc＝n*vref/r2，其中n為pmos管mp0與pmos管ms0的鏡像比例。輸出短路時的電流限定值ilim＝n*ib8*r3/r2。通過設(shè)定不同的電阻r1的值來設(shè)定不同的輸出電壓時過流保護(hù)的啟動閾值及輸出短路的電流限定值均不會改變。從而賦予輸出電壓更多可能的配置值。

當(dāng)pmos管ms0中的電流小于參考電流源ib4的電流時，輸出端oc輸出為低電平，開關(guān)sw0-sw2斷開從而斷開過流保護(hù)電路，節(jié)省能耗。

當(dāng)然，在其它實施例中，輸出電流判斷電路15和過流保護(hù)電路16也可以采用現(xiàn)有的電路來實現(xiàn)，此是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以輕易實現(xiàn)的，不再詳細(xì)說明。

本具體實施例中，還包括過溫保護(hù)電路16，當(dāng)主環(huán)路電路11的輸出電流超過設(shè)定值時，輸出電流判斷電路15輸出控制信號給過溫保護(hù)電路16使其啟動工作，所述過溫保護(hù)電路16用于對主環(huán)路電路11進(jìn)行過溫保護(hù)。

具體的，主環(huán)路電路11的nmos管m0和m1的源極均通過開關(guān)sw6與第一電流源12、第一動態(tài)偏置電流ib1和第二動態(tài)偏置電流ib2連接，過溫保護(hù)電路16包括pmos管m18-m19、nmos管m20-m21、開關(guān)sw3-sw5，電阻r3、電流源ib8-ib10和溫度傳感器d1，具體連接關(guān)系詳見圖7，此不再細(xì)說，開關(guān)sw3-sw5的控制端接輸出電流判斷電路15的輸出端oc，pmos管m18的漏極和nmos管m20的漏極之間的節(jié)點為過溫保護(hù)電路16的輸出端ot，輸出端ot與開關(guān)sw6的控制端連接。本具體實施例中，溫度傳感器d1為熱敏二極管。

當(dāng)輸出端oc為高電平時，開關(guān)sw3-sw5閉合從而接通過溫保護(hù)電路16，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，輸出端ot輸出高電平，使開關(guān)sw6斷開，從而使主環(huán)路電路11停止工作，實現(xiàn)過溫保護(hù)。

當(dāng)輸出端oc為低電平時，開關(guān)sw3-sw5斷開從而斷開過溫保護(hù)電路16，降低能耗。由于過溫情況只可能發(fā)生在輸出電流比較大的情況下，因此在輸出電流比較下時關(guān)斷過溫保護(hù)電路16不會影響其芯片的過溫保護(hù)功能。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。