本實(shí)用新型涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地，涉及用于集成片上系統(tǒng)(SOC)的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)電路。

背景技術(shù)：

集成片上系統(tǒng)(SOC)是在單個(gè)芯片中集成處理器、存儲(chǔ)器和主要外圍電路的系統(tǒng)。例如，SOC可以是單芯片無線系統(tǒng)，包括用于多個(gè)模擬電路和多個(gè)數(shù)字電路模塊，用于提供藍(lán)牙通信功能和手機(jī)通信的主要功能。由于SOC的功能完整性和高效集成特性，SOC在各種電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。

在SOC的芯片設(shè)計(jì)中提供較低功耗的休眠模式，以保證電子產(chǎn)品的低耗電。然而，在休眠模式中，還需要維持一部分?jǐn)?shù)字電路的工作，以維持?jǐn)?shù)字邏輯的狀態(tài)。SOC芯片的系統(tǒng)供電電壓高于數(shù)字電路的工作電壓。因此，SOC芯片中采用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)電路將系統(tǒng)供電電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路的工作電壓。LDO電路在休眠模式下維持?jǐn)?shù)字電路的供電。對(duì)于LDO電路的傳統(tǒng)架構(gòu)而言，低功耗和小面積不可避免是兩個(gè)相互制約的因素。

圖1示出根據(jù)一種現(xiàn)有技術(shù)的LDO電路的示意性電路圖。該LDO電路100包括基準(zhǔn)模塊110、放大模塊120、輸出模塊130和補(bǔ)償模塊140。基準(zhǔn)模塊110包括帶隙基準(zhǔn)電路(BGR)111和偏置電路112，分別用于提供基準(zhǔn)電壓和偏置電流。放大模塊120包括運(yùn)算放大器U1，用于將輸出電壓Vout的反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，以獲得二者的誤差信號(hào)。輸出模塊130包括串聯(lián)連接的調(diào)整管Q1和電阻R1和R2。該調(diào)整管的輸出端提供輸出電壓Vout，電阻R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)以獲得輸出電壓的反饋信號(hào)。調(diào)整管根據(jù)誤差信號(hào)控制調(diào)整管的電壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓Vout。補(bǔ)償模塊140包括串聯(lián)的電容Co和電阻Ro，該補(bǔ)償模塊140例如片外電容及其寄生電阻串聯(lián)而成，形成一個(gè)極點(diǎn)和零點(diǎn)來起到穩(wěn)定補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

在LDO電路中使用的帶隙基準(zhǔn)電路111可以采用多種架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。圖2示出在圖1所示LDO電路中使用的一種帶隙基準(zhǔn)電路的示意性電路圖。該帶隙基準(zhǔn)電路111包括3個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)M1至M3、10個(gè)雙極晶體管B1至B3、一個(gè)運(yùn)算放大器U11和兩個(gè)電阻R11和R21，其中雙極晶體管B2包括一組共8個(gè)雙極晶體管。在LDO電路工作期間，運(yùn)算放大器和晶體管將消耗大量的電能。圖3示出在圖1所示LDO電路中使用的另一種帶隙基準(zhǔn)電路的示意性電路圖。該帶隙基準(zhǔn)電路111包括5個(gè)MOSFET MP1至MP3和MN1、MN2、10個(gè)雙極晶體管B1至B3和兩個(gè)電阻R11和R21，其中雙極晶體管B2包括一組共8個(gè)雙極晶體管。該帶隙基準(zhǔn)電路111省去了一個(gè)運(yùn)算放大器U11，適合廣泛uA級(jí)別功耗要求的應(yīng)用，但是對(duì)于超低功耗(nA級(jí)別功耗性能)應(yīng)用來說，電阻會(huì)占據(jù)巨大的面積，基本上不滿足實(shí)際產(chǎn)品需求。

此外，在現(xiàn)有的LDO電路中，輸出模塊130的調(diào)整管大多采用P型功率晶體管。采用P型功率晶體管更容易做到高運(yùn)放增益和低電源電壓，但是對(duì)于超低功耗時(shí)，反而會(huì)造成環(huán)路不穩(wěn)定，特別是在電容負(fù)載需要達(dá)到幾百pf且負(fù)載電流又很小的應(yīng)用環(huán)境下，基本不可能在nA級(jí)別功耗下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的需求。

因此，希望進(jìn)一步減小LDO電路的體積和功耗，以及提高容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力，從而降低成本和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實(shí)用新型的目的是在于提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其中采用新穎的電路結(jié)構(gòu)得以內(nèi)置補(bǔ)償電容、減小體積和功耗以及提高容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，用于將供電端提供的供電電壓轉(zhuǎn)換成輸出端的輸出電壓，包括：基準(zhǔn)模塊，用于產(chǎn)生偏置電流和帶隙基準(zhǔn)電壓；放大模塊，與所述基準(zhǔn)模塊相連接，用于將輸出電壓與所述帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以獲得二者的誤差信號(hào)；以及輸出模塊，與所述放大模塊相連接，用于根據(jù)誤差信號(hào)控制調(diào)整管的電壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓，其中，所述輸出模塊包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管的控制端接收所述誤差信號(hào)，所述第二晶體管采用鏡像方式從所述放大模塊獲得所述偏置電流，從而為所述第一晶體管提供所述偏置電流，所述第一晶體管和所述第二晶體管的中間節(jié)點(diǎn)作為所述輸出端，提供所述輸出電壓。

優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)模塊包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第三晶體管、第四晶體管和至少一個(gè)第五晶體管；以及串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第六晶體管、第七晶體管、電阻和至少一個(gè)第八晶體管，其中，所述第三晶體管和第六晶體管構(gòu)成電流鏡，所述第四晶體管和第七晶體管構(gòu)成電流鏡，所述至少一個(gè)第五晶體管彼此并聯(lián)連接，所述至少一個(gè)第八晶體管彼此并聯(lián)連接，并且，所述至少一個(gè)第五晶體管和所述至少一個(gè)第八晶體管的控制端彼此連接且接地，所述基準(zhǔn)電流流經(jīng)所述第六晶體管。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)第五晶體管和所述至少一個(gè)第八晶體管的數(shù)量比大于1：8且小于等于1：1。

優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)模塊還包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第九晶體管、第十晶體管和第十一晶體管，其中，所述第九晶體管與所述第六晶體管構(gòu)成電流鏡，從而獲得所述基準(zhǔn)電流，所述第十晶體管連接成二極管結(jié)構(gòu)，所述第十一晶體管的控制端接地，所述第九晶體管和所述第十晶體管的中間節(jié)點(diǎn)提供所述帶隙基準(zhǔn)電壓。

優(yōu)選地，通過設(shè)置所述第九晶體管與所述第六晶體管的寬長比的比例關(guān)系，獲得所需數(shù)值的所述帶隙基準(zhǔn)電壓。

優(yōu)選地，所述帶隙基準(zhǔn)電壓的數(shù)值范圍為1V到1.8V。

優(yōu)選地，所述第三晶體管、所述第六晶體管、所述第九晶體管分別為P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第四晶體管、所述第七晶體管分別為N型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第十晶體管為N型或P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第五晶體管、所述第八晶體管和所述第十一晶體管分別為PNP型雙極晶體管。

優(yōu)選地，所述放大模塊包括：運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端分別接收所述帶隙基準(zhǔn)電壓和所述輸出電壓，輸出端提供所述誤差信號(hào)。

優(yōu)選地，所述放大模塊還包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第十二晶體管和第十三晶體管，其中，所述第十二晶體管采用鏡像方式從所述基準(zhǔn)模塊獲得所述偏置電流。

優(yōu)選地，所述第二晶體管與所述第十三晶體管形成電流鏡。

優(yōu)選地，所述第十二晶體管為P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第十三晶體管為N型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

優(yōu)選地，還包括：補(bǔ)償模塊，與所述放大模塊相連接，用于補(bǔ)償所述輸出電壓，其中，所述補(bǔ)償模塊包括在所述供電端和所述放大模塊的輸出端之間的串聯(lián)連接的第十四晶體管和電容，所述第十四晶體管工作于線性區(qū)從而作為補(bǔ)償電阻與所述電容起到補(bǔ)償作用。

優(yōu)選地，所述第十四晶體管為P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供一種基準(zhǔn)模塊，包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第三晶體管、第四晶體管和至少一個(gè)第五晶體管；以及串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第六晶體管、第七晶體管、電阻和至少一個(gè)第八晶體管，其中，所述第三晶體管和第六晶體管構(gòu)成電流鏡，所述第四晶體管和第七晶體管構(gòu)成電流鏡，所述至少一個(gè)第五晶體管彼此并聯(lián)連接，所述至少一個(gè)第八晶體管彼此并聯(lián)連接，并且，所述至少一個(gè)第五晶體管和所述至少一個(gè)第八晶體管的控制端彼此連接且接地，所述基準(zhǔn)電流流經(jīng)所述第六晶體管。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)第五晶體管和所述至少一個(gè)第八晶體管的數(shù)量比大于1：8且小于等于1：1。

優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)模塊還包括：串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第九晶體管、第十晶體管和第十一晶體管，其中，所述第九晶體管與所述第六晶體管構(gòu)成電流鏡，從而獲得所述基準(zhǔn)電流，所述第十晶體管連接成二極管結(jié)構(gòu)，所述第十一晶體管的控制端接地，所述第九晶體管和所述第十晶體管的中間節(jié)點(diǎn)提供所述帶隙基準(zhǔn)電壓。

優(yōu)選地，通過設(shè)置所述第九晶體管與所述第六晶體管的寬長比的比例關(guān)系，獲得所需數(shù)值的所述帶隙基準(zhǔn)電壓。

優(yōu)選地，所述帶隙基準(zhǔn)電壓的數(shù)值范圍為1V到1.8V。

優(yōu)選地，所述第三晶體管、所述第六晶體管、所述第九晶體管分別為P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第四晶體管、所述第七晶體管分別為N型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第十晶體管為N型或P型的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第五晶體管、所述第八晶體管和所述第十一晶體管分別為PNP型雙極晶體管。

根據(jù)本實(shí)用新型的第三方面，提供一種集成片上系統(tǒng)，包括：處理器；存儲(chǔ)器；外圍電路；以及上述的低壓差線性穩(wěn)壓器，用于為所述處理器和所述存儲(chǔ)器供電。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的低壓差線性穩(wěn)壓器，輸出模塊包括串聯(lián)連接在所述供電端和接地端之間的第一晶體管和第二晶體管，第二晶體管為第一晶體管提供所述偏置電流，第一晶體管和所述第二晶體管的中間節(jié)點(diǎn)作為輸出端，提供輸出電壓。利用工作在線性區(qū)的第二晶體管取代現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的補(bǔ)償電阻，可以達(dá)到nA級(jí)別的超低功耗的同時(shí)，減小版圖的占用面積。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，在低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出模塊中，第一晶體管采用N型MOSFET，代替?zhèn)鹘y(tǒng)架構(gòu)中的P型MOSFET。由于N型MOSFET的源極輸出，因此低壓差線性穩(wěn)壓器的輸出電阻大大減小，從而可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)補(bǔ)償，以及達(dá)到在nA級(jí)別功耗下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的需求。

該低壓差線性穩(wěn)壓器可以內(nèi)置補(bǔ)償電容，實(shí)現(xiàn)工作電流低至200nA,版圖實(shí)現(xiàn)面積小于0.04mm2。由于無需外接片外電容，可省去一個(gè)芯片的管腳資源，而且容性帶載能力達(dá)到1nF，可以滿足SOC給內(nèi)部邏輯供電的應(yīng)用要求。因而，該LDO電路具有極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例中，在低壓差線性穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)模塊中，可以減小電流鏡中晶體管的數(shù)量比，以及將晶體管連接成二極管結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓，從而相應(yīng)地減小電阻的數(shù)值及其版圖的占用面積。

附圖說明

通過以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的LDO電路的示意性電路圖。

圖2示出在圖1所示LDO電路中使用的一種帶隙基準(zhǔn)電路的示意性電路圖。

圖3示出在圖1所示LDO電路中使用的另一種帶隙基準(zhǔn)電路的示意性電路圖。

圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基準(zhǔn)模塊的原理圖。

圖5示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基準(zhǔn)模塊的一種實(shí)例示意性電路圖。

圖6示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基準(zhǔn)模塊的另一種實(shí)例示意性電路圖。

圖7示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的LDO電路的示意性電路圖。

圖8示出在圖7所示LDO電路中使用的運(yùn)算放大器的示意性電路圖。

圖9示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的LDO電路的工作波形圖。

圖10示出根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的LDO電路的輸出負(fù)載電容對(duì)應(yīng)的相位裕度波形圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的各種實(shí)施例。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。

在本申請(qǐng)中，MOSFET包括第一端、第二端和控制端，在MOSFET的導(dǎo)通狀態(tài)，電流從第一端流至第二端。P型MOSFET的第一端、第二端和控制端分別為源極、漏極和柵極，N型MOSFET的第一端、第二端和控制端分別為漏極、源極和柵極。雙極晶體管包括第一端、第二端和控制端，在雙極晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，電流從第一端流至第二端。PNP型雙極晶體管的第一端、第二端和控制端分別為發(fā)射極、集電極和基極，NPN型雙極晶體管的第一端、第二端和控制端分別為集電極、發(fā)射極和基極。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基準(zhǔn)模塊的原理圖。如圖4所示，該基準(zhǔn)模塊210包括電流鏡2101、運(yùn)算放大器2102、壓差產(chǎn)生電路2103、壓流轉(zhuǎn)換電路2104、以及流壓轉(zhuǎn)換電路2105。

圖5和6分別示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的基準(zhǔn)模塊的不同實(shí)例的示意性電路圖。如圖5所示，電流鏡2101包括P型MOSFET MP1至MP3，運(yùn)算放大器2102包括N型MOSFET MN1和MN2，壓差產(chǎn)生電路2103包括雙極晶體管B1和B2，壓流轉(zhuǎn)換電路2104包括電阻R11，流壓轉(zhuǎn)換電路2105包括N型MOSFET MN3和雙極晶體管B3。圖6所示實(shí)例與圖5所示實(shí)例的區(qū)別在于，流壓轉(zhuǎn)換電路2105包括P型MOSFET MP6和雙極晶體管B3，其他方面則二者相同。

參見圖4和5，電流鏡2101的一個(gè)輸出端，即P型MOSFET MP1的漏極，與運(yùn)算放大器2102的偏置端相連接，提供運(yùn)算放大器2102的偏置電流。同時(shí)，該偏置電流經(jīng)過運(yùn)算放大器2102的N型MOSFET MN1流入雙極晶體管B1的發(fā)射極，作為壓差產(chǎn)生電路2103的電流輸入。

運(yùn)算放大器2102的同相輸入端，即N型MOSFET MN1的源極，與壓差產(chǎn)生電路2103的一個(gè)輸出端，即雙極晶體管B1的發(fā)射極相連接。運(yùn)算放大器2102的反相輸入端，即N型MOSFET MN2的源極，與壓流轉(zhuǎn)換電路2104的輸出端，即電阻R11的一端相連接。運(yùn)算放大器2102的輸出端，即N型MOSFET MN2的漏極與電流鏡2101的一個(gè)輸出端，即P型MOSFET MP2的漏極和柵極相連接。

壓流轉(zhuǎn)換電路2104的輸入端，即電阻R11的另一端，與壓差產(chǎn)生電路2103的一個(gè)輸出端，即雙極晶體管B2的發(fā)射極相連接。壓差產(chǎn)生電路2103中的雙極晶體管B1和B2的基極和集電極都與地相連。

電流鏡2101的另一個(gè)輸出端，即P型MOSFET MP3的漏極與流壓轉(zhuǎn)換電路2105的輸入端，即N型MOSFET MN3的漏極和柵極相連接，并且提供帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1。流壓轉(zhuǎn)換電路2105的N型MOSFET MN3的源極與雙極晶體管B3的發(fā)射極相連接。流壓轉(zhuǎn)換電路2105中的雙極晶體管B3的基極和集電極都與地相連。

如圖5所示，P型MOSFET MP1、N型MOSFET MN1和雙極晶體管B1串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和地AGND之間。在三者的導(dǎo)通狀態(tài)，電流經(jīng)由P型MOSFET MP1、N型MOSFET MN1和雙極晶體管B1，從供電端流至地AGND。

P型MOSFET MP2、N型MOSFET MN2、電阻R11和雙極晶體管B2串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和地AGND之間。在三個(gè)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，電流經(jīng)由P型MOSFET MP2、N型MOSFET MN2、電阻R11和雙極晶體管B2，從供電端流至地AGND。

P型MOSFET MP3、N型MOSFET MN3和雙極晶體管B3串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和地AGND之間。在三者的導(dǎo)通狀態(tài)，電流經(jīng)由P型MOSFET MP3、N型MOSFET MN3和雙極晶體管B3，從供電端流至地AGND。

P型MOSFET MP1、MP2和MP3的柵極彼此連接，并且連接至P型MOSFET MP2的漏極，彼此形成鏡像晶體管。P型MOSFET MP1和MP2的寬長比設(shè)置為相等，保證流過的電流相等。P型MOSFET MP2和MP3的寬長比根據(jù)帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1的期望值進(jìn)行設(shè)置。

N型MOSFET MN1和MN2的柵極彼此連接，并且連接至N型MOSFET MN1的漏極，彼此形成鏡像晶體管。N型MOSFET MN1和MN2的寬長比設(shè)置為相等，保證流過的電流相等。

雙極晶體管B1和B2的基極彼此連接，并且進(jìn)一步接地AGND。雙極晶體管B3的基極和集電極彼此連接，并且進(jìn)一步接地AGND。

N型MOSFET MN3的柵極與漏極連接，形成二極管結(jié)構(gòu)。

替代地，如圖6所示，P型MOSFET MP6的柵極與漏極連接，形成二極管結(jié)構(gòu)。

在該實(shí)施例中，基準(zhǔn)模塊210產(chǎn)生LDO電路所需的偏置電流和帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1。由于P型MOSFET MP1和MP2構(gòu)成鏡像晶體管，N型MOSFET MN1和MN2構(gòu)成鏡像晶體管，因此，N型MOSFET MN1的源極的電壓VA和MN2的源極的電壓VB相等。

基準(zhǔn)模塊210產(chǎn)生的偏置電流：

IB1＝IB2＝(VB-VBE(B2))/R＝(VBE(B1)-VBE(B2))/R (1)

VBE＝V_Tln(IB/ISB) (2)

N*ISB1＝ISB2 (3)

結(jié)合上式，得到：

IB1＝IB2＝V_TlnN/R (4)

其中，ISB1、ISB2為雙極晶體管B1、雙極晶體管B2的飽和電流，VBE為雙極晶體管B1、雙極晶體管B2的基極發(fā)射極電壓，N為雙極晶體管B1和雙極晶體管B2的個(gè)數(shù)比，V_T在常溫下約為26mV，R為電阻R11的電阻值。

該實(shí)施例的帶隙基準(zhǔn)電路的多個(gè)方面與圖2和3所示的現(xiàn)有技術(shù)的帶隙基準(zhǔn)電路不同。

該實(shí)施例的第一方面在于，在帶隙基準(zhǔn)電路210中，雙極晶體管B1與雙極晶體管B2的個(gè)數(shù)分別為1和3，即二者的個(gè)數(shù)比N＝1：3。根據(jù)上述公式(4)，假設(shè)電阻R11的電阻值R＝1.4M，就可以得到IB1＝20nA的偏置電流。

若按照傳統(tǒng)方案，雙極晶體管B1與雙極晶體管B2的個(gè)數(shù)比N＝1：8，想要得到IB1＝20nA的偏置電流，則需要設(shè)置電阻R11的電阻值R＝2.7M。本實(shí)用新型與傳統(tǒng)方案相比，可以減小電阻R11的電阻值，從而可以節(jié)省一半的電阻面積。

該實(shí)施例的第二方面在于，如圖5所示，N型MOSFET MN3連接成二極管結(jié)構(gòu)，如圖6所示，P型MOSFET MP6連接成二極管結(jié)構(gòu)，以代替圖2和3中的電阻R21。

基準(zhǔn)模塊210的P型MOSFET MP3作為P型MOSFET MP2的鏡像管，鏡像P型MOSFET MP2的電流，流到雙極晶體管B3和N型MOSFET MN3，產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1。通過設(shè)置P型MOSFET MP3的寬長比與P型MOSFET MP2的寬長比的比例關(guān)系，帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1可以獲得1V到1.8V之間的任何電壓值。

本實(shí)用新型用二極管連接形式的N型MOSFET MN3，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電阻，極大的節(jié)省了版圖面積。按照傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電阻，如果要得到1.2V的電壓，20nA的偏置電流需要的電阻值約為30M，根本不能滿足實(shí)際需求。

圖7示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的LDO電路的示意性電路圖。該LDO電路200包括基準(zhǔn)模塊210、放大模塊220、補(bǔ)償模塊230和輸出模塊240?；鶞?zhǔn)模塊210用于產(chǎn)生偏置電流IB1和帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1，放大模塊220用于將輸出電壓Vout與帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1進(jìn)行比較，以獲得二者的誤差信號(hào)。輸出模塊240根據(jù)誤差信號(hào)控制調(diào)整管的電壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓Vout。補(bǔ)償模塊230通過工作在線性區(qū)的MOSFET作為電阻，與電容C1產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)來起到穩(wěn)定補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

在LDO電路200中，帶隙基準(zhǔn)電路210自身未使用單獨(dú)的運(yùn)算放大器，僅僅輸出模塊240使用一個(gè)運(yùn)算放大器，因而，整個(gè)LDO電路包括一個(gè)運(yùn)算放大器，從而可以簡化電路結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，輸出模塊240采用N型MOSFET作為調(diào)整管，從而可以保證輸出電壓Vout的穩(wěn)定性。

放大模塊220包括P型MOSFET MP4、N型MOSFET MN4和運(yùn)算放大器U1。

P型MOSFET MP4和N型MOSFET MN4串聯(lián)連接在供電壓AVDD和地AGND之間。P型MOSFET MP4和MP3的柵極彼此連接，N型MOSFET MN4的漏極與柵極彼此連接。運(yùn)算放大器U1的同相輸入端與P型MOSFET MP3的漏極相連接，反相輸入端接收輸出電壓Vout。

補(bǔ)償模塊230包括P型MOSFET MP5和電容C1。

P型MOSFET MP5和電容C1串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和運(yùn)算放大器U1的輸出端之間。進(jìn)一步地，P型MOSFET MP5的柵極與P型MOSFET MP3的柵極相連。

補(bǔ)償模塊230采用工作在線性區(qū)的P型MOSFET MP5，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償電阻，進(jìn)一步減小了版圖面積。補(bǔ)償模塊230產(chǎn)生了一個(gè)左半平面的零點(diǎn)，用于環(huán)路性補(bǔ)償。

輸出模塊240包括N型MOSFET MN6和N型MOSFET MN5。

N型MOSFET MN6和N型MOSFET MN5串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和地AGND之間。進(jìn)一步地，N型MOSFET MN6的柵極連接至運(yùn)算放大器U1的輸出端，N型MOSFET MN5的柵極連接至N型MOSFET MN4的柵極，從而形成鏡像晶體管。N型MOSFET MN6和N型MOSFET MN5的中間節(jié)點(diǎn)提供輸出電壓Vout。

輸出模塊240采用N型MOSFET MN5取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分壓電阻。按照傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分壓電阻，如果LDO電路要輸出1.2V的電壓,20nA輸出電流需要的分壓電阻的電阻值約為60M，不能滿足實(shí)際需求。

該實(shí)施例的第一方面在于，采用N型MOSFET MN6，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的P型MOSFET作為功率管輸出，以及采用N型MOSFET MN5，取代圖1中的分壓電阻。

該實(shí)施例的第二方面在于，采用工作在線性區(qū)的P型MOSFET MP5，取代圖1中的補(bǔ)償電阻Ro。

在LDO電路200的工作期間，基準(zhǔn)模塊210產(chǎn)生帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1。放大模塊220中的運(yùn)算放大器U1的同相輸入端與基準(zhǔn)模塊210連接以接收帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1，反相輸入端與輸出模塊240的輸出端相連接以接收輸出電壓Vout，輸出端與輸出模塊240的N型MOSFET MN6的柵極相連接。

輸出模塊240的N型MOSFET MN5電流鏡直接產(chǎn)生偏置電流，用于偏置N型MOSFET MN6。LDO電路200的輸出電壓Vout直接連接到運(yùn)算放大器U1的反相輸入端。在反饋環(huán)路的作用下，輸出電壓Vout直接等于運(yùn)算放大器U1的同相輸入端的帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1。運(yùn)算放大器U1將輸出電壓Vout和帶隙基準(zhǔn)電壓VBG1進(jìn)行比較,將兩者的差值放大后輸出到輸出模塊240，控制輸出模塊240中的N型MOSFET MN6的電壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓Vout。

LDO電路200的環(huán)路中存在兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)是運(yùn)算放大器U1的輸出極點(diǎn)P1，一個(gè)是LDO電路200的輸出極點(diǎn)P2，分別計(jì)算如下：

其中，Rop為運(yùn)算放大器U1輸出端對(duì)地的等效電阻，Cop為運(yùn)算放大器U1輸出端對(duì)地的等效電容，Rout為LDO電路200輸出端到地的等效電阻，Cout為LDO電路200輸出端到地的等效電容。

由于環(huán)路帶寬內(nèi)有兩個(gè)極點(diǎn)的作用，會(huì)導(dǎo)致環(huán)路相位裕度不夠，從而輸出會(huì)產(chǎn)生振蕩不能穩(wěn)定。補(bǔ)償?shù)霓k法是用補(bǔ)償電路制造一個(gè)零點(diǎn)，去補(bǔ)償相位裕度，從而使得環(huán)路相位裕度滿足穩(wěn)定性的要求。

在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，零點(diǎn)值計(jì)算如下：

其中，Z1為補(bǔ)償相位裕度，Cout和Resr分別為LDO電路200輸出端到地的等效電容和ESR內(nèi)阻。

補(bǔ)償電路中的輸出電容和電阻用于制造零點(diǎn)。補(bǔ)償相位裕度Z1抵消極點(diǎn)P1對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性的影響，同時(shí)將極點(diǎn)P2作為環(huán)路的主極點(diǎn)，使得環(huán)路相位裕度滿足穩(wěn)定性的要求。然而，該現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)償方法要求外接uF級(jí)別的大電容。由于采用P型MOSFET作為功率管輸出，Rout較大，會(huì)導(dǎo)致極點(diǎn)P2較小，與P1挨得很近，更加不容易補(bǔ)償達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。

在該實(shí)施例的LDO電路中，將補(bǔ)償電容內(nèi)置于芯片中，因此，補(bǔ)償電容的電容值不能使用uF級(jí)別的大電容。在輸出模塊240采用N型MOSFET MN6，取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的P型MOSFET作為功率管。由于N型MOSFET的源極輸出，使得輸出電阻Rout大大減小，極點(diǎn)P2極點(diǎn)遠(yuǎn)離極點(diǎn)P1，從而該實(shí)施例可以利用極點(diǎn)P1作為主極點(diǎn)，極點(diǎn)P2作為次主極點(diǎn)。

進(jìn)一步地，補(bǔ)償模塊230的P型MOSFET MP5和電容C1產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)來補(bǔ)償極點(diǎn)P2對(duì)相位裕度的影響，從而使得系統(tǒng)環(huán)路得到穩(wěn)定。

圖8示出在圖7所示LDO電路中使用的運(yùn)算放大器的示意性電路圖。

在放大模塊220采用的運(yùn)算放大器U1采用一級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)，如圖5所示。該運(yùn)算放大器U1包括P型MOSFET MP11和MP12、N型MOSFETMN11至MN13。P型MOSFET MP11和N型MOSFET MN11串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和節(jié)點(diǎn)N1之間，在二者的導(dǎo)通狀態(tài)，電流經(jīng)由P型MOSFET MP11和N型MOSFET MN11，從供電端流至節(jié)點(diǎn)N1。P型MOSFET MP12和N型MOSFET MN12串聯(lián)連接在供電電壓AVDD和節(jié)點(diǎn)N1之間，在二者的導(dǎo)通狀態(tài)，電流經(jīng)由P型MOSFET MP12和N型MOSFET MN12，從供電端流至節(jié)點(diǎn)N1。N型MOSFET MN13連接在節(jié)點(diǎn)N1和地AGND之間。

P型MOSFET MP11和MP12的柵極彼此連接，并且連接至P型MOSFET MP11的漏極，彼此形成鏡像晶體管。P型MOSFET MP11和MP12的寬長比設(shè)置為相等，保證流過的電流相等。

N型MOSFET MN11和MN12的柵極分別作為同相輸入端和反相輸入端，二者構(gòu)成差分對(duì)。P型MOSFET MP11和MP12作為該差分對(duì)的電流鏡負(fù)載。

N型MOSFET MN13的柵極與放大模塊220中的N型MOSFET MN4的柵極相連接，從而產(chǎn)生偏置電流。

P型MOSFET MP12和N型MOSFET MN12的中間節(jié)點(diǎn)作為輸出端，提供誤差信號(hào)。

圖9示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的LDO電路的工作波形圖。該LDO電路的輸出電壓Vout維持穩(wěn)定的1.2V波形，并且工作電流小于200nA。

圖10示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的LDO電路的輸出負(fù)載電容對(duì)應(yīng)的相位裕度波形圖。該LDO電路的在容性負(fù)載為1nF以內(nèi)都能很好的保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

依照本實(shí)用新型的實(shí)施例如上文所述，這些實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實(shí)用新型僅為所述的具體實(shí)施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實(shí)用新型以及在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。