一种低压差线性稳压器的制作方法

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压器。

背景技术：

随着电子技术的高速发展，尤其是便携式和消费类电子的不断普及，电源管理芯片在各种便携式电子设备如智能手机、平板电脑或其它电子产品中日益起到至关重要的作用。低压差线性稳压器(lowdropoutregulator，简称ldo)由于结构简单、性能优良而普遍被应用于电源管理芯片。

ldo是一种线性稳压器，通常包括误差放大器以及反馈电阻网络，当ldo的输出负载发生变化时，输出电压也会发生改变。反馈电阻网络采集ldo的输出电压，并反馈到误差放大器的输入端，与外部输入的参考电压进行比较，误差放大器的输出端接到功率调整管的栅极，通过对功率调整管的栅极电压的调节使ldo的输出达到稳态。

如果ldo的电源电压超过作为功率调整管的mos器件的耐压，例如，若电源电压为3.3v，而采用的功率调整管的耐压小于3.3v(例如1.8v)，则容易导致mos器件过压工作而损坏，通常采用共源共栅架构来避免mos器件过压工作的问题。然而共源共栅架构会增加ldo的上电时间。为了实现快速上电，现有方法是通过数字时序逻辑产生控制信号，一般在使能后产生一段时间的脉冲信号，脉冲宽度即为快速上电时间，这种方法的缺点是只能在使能时提供快速上电，无法实时对上电速度进行控制，例如无法解决ldo工作时由于输出端短路或过载等产生欠压导致上电速度较慢的情况。

技术实现要素：

为了使低压差线性稳压器具备实时的快速上电能力，本发明提供了一种低压差线性稳压器。

本发明提供的低压差线性稳压器，包括误差放大电路、电压采样电路、上电控制电路、功率调整器件和电流调整器件；其中，所述误差放大电路通过所述电压采样电路获得与所述低压差线性稳压器的输出电压关联的反馈电压，并输出误差放大信号至所述功率调整器件的控制节点，所述电流调整器件与所述功率调整器件串联连接，所述电流调整器件的输出节点与所述低压差线性稳压器的负载节点连接，所述上电控制电路通过所述电压采样电路获得所述反馈电压，并输出上电控制信号至所述电流调整器件的控制节点，以调整所述电流调整器件的输出电流。

可选的，所述功率调整器件的输入端连接电源，电源电压vdd大于所述功率调整器件的耐压，所述低压差线性稳压器的输出采用共源共栅结构，所述电流调整器件为共源共栅器件。

可选的，所述功率调整器件和所述电流调整器件均选自pmosfet、nmosfet、npn、pnp、jfet、igbt以及达林顿管中的一种。

可选的，所述功率调整器件和所述电流调整器件均为pmosfet，所述功率调整器件的输入端接电源，所述功率调整器件的漏极端连接所述电流调整器件的源极端，所述电流调整器件的漏极端与所述低压差线性稳压器的负载节点连接，所述功率调整器件的控制节点和所述电流调整器件的控制节点为pmos晶体管的栅极端。

可选的，所述电源电压vdd为3.3v，所述功率调整器件和所述电流调整器件的耐压均为1.8v，所述低压差线性稳压器的输出电压为1v～2.5v。

可选的，所述上电控制电路采用电压比较器或施密特触发器。

可选的，所述施密特触发器的输入端接入所述反馈电压，并输出电压信号作为所述上电控制信号；所述施密特触发器具有触发阈值，当所述反馈电压大于所述触发阈值时，所述施密特触发器的输出电压信号由高电平输出电压反转为低电平输出电压，所述电流调整器件的控制节点电位降低，输出电流上升。

可选的，所述高电平输出电压为电源电压vdd的1/2，所述低电平输出电压为0。

可选的，所述误差放大电路包括一差分输入单端输出的误差放大器，所述误差放大器的反向输入端接入参考电压，所述误差放大器的同向输入端接入所述反馈电压。

可选的，所述电压采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联连接在所述电流调整器件的输出节点和地之间；所述反馈电压采集自所述第一电阻和所述第二电阻的串联点的电压。

本发明提供的低压差线性稳压器包括包括误差放大电路、电压采样电路、上电控制电路、功率调整器件和电流调整器件，其中上电控制电路通过所述电压采样电路获得与低压差线性稳压器的输出电压关联的反馈电压，并输出上电控制信号至电流调整器件的控制节点，以调整所述电流调整器件的输出电流，从而可实现实时的快速上电能力。

进一步的，本发明提供的低压差线性稳压器中，上电控制电路包括施密特触发器，所述施密特触发器的输入端接入上述反馈电压，当所述反馈电压大于所述触发阈值时，所述施密特触发器的输出电压由高电平输出电压反转为低电平输出电压，从而使电流调整器件控制节点的电位降低，使电流调整器件的导通电阻变小，从而加快了上电速度。利用施密特触发器进行上电控制，功耗低且占用芯片面积较小。

附图说明

图1是本发明实施例的低压差线性稳压器的系统框图。

图2是本发明实施例的低压差线性稳压器的电路图。

附图标记说明：

100-误差放大电路；200-电压采样电路；300-上电控制电路；10-功率调整器件的控制节点；20-电流调整器件的控制节点；21-电流调整器件的输出节点；30-低压差线性稳压器的负载节点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的低压差线性稳压器作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1是本发明实施例的低压差线性稳压器的系统框图。参照图1，低压差线性稳压器的输入端连接一参考电压vref，通过内部反馈调节而输出稳定的输出电压vout(即稳压电压)。并且，本发明实施例中，利用了电压检测技术和上电控制技术使低压差线性稳压器具备快速上电能力，从而即使其内部采用了会增加上电时间的共源共栅架构，也可以通过实时地电压检测和上电控制，实现快速上电的目的。

图2是本发明实施例的低压差线性稳压器的电路图。以下参照图2对本发明一实施例的低压差线性稳压器进行描述。

本发明一实施例中，低压差线性稳压器包括误差放大电路100、功率调整器件m1、电流调整器件m2、电压采样电路200以及上电控制电路300。具体的，所述误差放大电路100通过所述电压采样电路200获得与低压差线性稳压器的输出电压vout关联的反馈电压，并输出误差放大信号至所述功率调整器件m1的控制节点10；所述电流调整器件m2与所述功率调整器件m1串联连接，所述电流调整器件m2的输出节点21与低压差线性稳压器的负载节点30连接；所述上电控制电路300通过所述电压采样电路200获得上述反馈电压，并输出上电控制信号至所述电流调整器件m2的控制节点20，以调整所述电流调整器件m2的输出电流。

本实施例的所述低压差线性稳压器，上电控制电路300通过电压采样电路20获得与低压差线性稳压器的输出电压vout关联的反馈电压，并输出上电控制信号至电流调整器件m2的控制节点20，电流调整器件m2的控制节点20的电位改变时，导通电阻会发生变化，从而输出电流会发生变化，因而可实现实时的快速上电能力。

参照图2，本实施例中，误差放大电路100包括一差分输入单端输出的误差放大器，所述误差放大器的反向输入端接入参考电压vref，所述误差放大器的同向输入端接入由电压采样电路200反馈的反馈电压。误差放大器可以比较接入的反馈电压和参考电压vref，并将差值信号放大后，输出误差放大信号至功率调整器件m1的控制节点10，以实现对功率调整器件m1输出电流的调节，而促使低压差线性稳压器的输出电压vout稳定。

具体的，上述低压差线性稳压器中，所述功率调整器件的输入端连接电源，电源电压vdd可以大于所述功率调整器件的耐压，为了避免功率调整器件过压工作，本实施例的低压差线性稳压器的输出采用共源共栅结构，电流调整器件m2为共源共栅器件。通过共源共栅器件的控制节点来调节驱动能力，无需增加额外的晶体管即可提升输出电流(或ldo的充电电流)，设计较为简单。

功率调整器件m1和电流调整器件m2可以在pmosfet，nmosfet，npn、pnp、jfet、igbt以及达林顿(darlington)管等中选择。考虑到静态功耗、导电能力、速度、制作工艺等综合性能，本实施例中功率调整器件m1和电流调整器件m2均为pmosfet(称为pmos晶体管)，上述功率调整器件m1的控制节点10和电流调整器件m2的控制节点20均为pmos晶体管的栅极控制节点。功率调整器件m1的控制节点10与误差放大器的输出端连接以接收误差放大信号，电流调整器件m2的控制节点20与上电控制电路300的输出端连接以接收上电控制信号。参照图2，本实施例中，功率调整器件m1的源极端接电源，即输入电源电压vdd，功率调整器件m1的漏极端连接电流调整器件m2的源极端，电流调整器件m2的漏极端为其输出节点，从而功率调整器件m1和电流调整器件m2的负载路径串联连接。另外，电流调整器件m2的输出节点21与低压差线性稳压器的负载节点30连接，低压差线性稳压器的负载节点30位置的电压即其输出电压vout。

根据具体应用的需要，上述低压差线性稳压器可以适用于多种规格的稳压输出。作为示例，本发明实施例的低压差线性稳压器可具有0～3.3v的稳压电压输出，具体的，稳压电压的范围可以是1v～2.5v，输出的稳压电压例如约2.5v，对应的，输入功率调整器件m1的电源电压vdd约为3.3v(可以具有正负10％的变化范围)，功率调整器件m1和电流调整器件m2可以采用耐压约1.8v的cmos器件，例如功率调整器件m1和电流调整器件m2均可采用最大栅源电压vgs为1.8v的pmos晶体管。本发明不限于此，在另外的实施例中，低压差线性稳压器的电源电压vdd也可以大于3.3v，根据过压保护的需要，可以选择符合耐压规格的功率调整器件m1和电流调整器件m2，以获得满足设计要求的输出电压范围。

电压采样电路200采集低压差线性稳压器的输出电压vout，并进行内部反馈，将反馈电压输出给误差放大电路100，以调节输出电压vout稳定。此外，电压采样电路200还将反馈电压输出给上电控制电路300，上电控制电路300通过对接收到的反馈电压进行分析，并且输出上电控制信号至电流调整器件m2的控制节点20，以调整电流调整器件m2的输出电流，即实现了对低压差线性稳压器上电速度的调整控制。

电压采样电路200可以包括多个电阻。本实施例中，电压采样电路200包括串联连接在上述电流调整器件m2的输出节点21和地之间的第一电阻r1和第二电阻r2，由于电流调整器件m2的输出节点21与低压差线性稳压器的负载节点30连接，第一电阻r1和第二电阻r2可以对低压差线性稳压器的输出电压vout进行分压反馈，以获得与低压差线性稳压器的输出电压vout成比例的反馈电压，可避免误差放大电路和上电控制电路过压工作的问题。本实施例中，电压采样电路200输出的反馈电压采集自上述第一电阻r1和第二电阻r2的串联点的电压。也即，电压采样电路200将低压差线性稳压器的输出电压vout以r2/(r1+r2)为反馈系数反馈给了误差放大电路100和上电控制电路300。

参照图2，本实施例的低压差线性稳压器还可包括负载电容c，所述负载电容c接在电流调整器件m2的输出节点21与地之间。负载电容c可作为低压差线性稳压器的片上去耦电容。

本实施例中，上电控制电路300通过对反馈电压的判断，而通过输出上电控制信号至电流调整器件m2进行输出电流的调节，以调节低压差线性稳压器的上电速度。具体的，所述上电控制电路300可采用电压比较器，利用电压比较器对输入的反馈电压(即采样电压)与基准电压比较，以输出上电控制信号至电流调整器件m2的控制节点20。电压比较器具有同相和反相两个输入端及一个输出端，另外与一电源电压和地连接。在正常工作下，只要施加在同相端的电压高于反相端的电压，则输出高电平；相反，如果同相端电压低于反相端电压，则输出低电平。利用电压比较器进行上电控制时，在满足响应时间的条件下，可以较精确地对电流调整器件m2的输出电流进行调整，从而调节上电速度。需要注意的是，由于常用的电压比较器的体积和功耗较大，因此容易使低压差线性稳压器产生较多的额外的功耗，构造的芯片面积也较大。

为了减小功耗，缩小芯片面积，上述上电控制电路300可利用施密特触发器(schmidttrigger)进行上电控制。作为示例，可将所述施密特触发器的输入端接入电压采样电路200采集的反馈电压，并输出电压信号作为上电控制信号，施密特触发器另外与一电源电压和地连接。施密特触发器是由输入电位触发的触发器，当接收的电压负向递减或正向递增并超出特定范围时，它的输出电平会发生反转。即当反馈电压变化超过触发阈值范围之外时，施密特触发器输出电压会发生翻转。利用这个特点，可以控制电流调整器件m2的控制节点20的电位，具体当电流调整器件m2的控制节点20的电位降低时，电流调整器件m2的导通电阻随之变小，从而输出电流增加，上电速度变大。利用施密特触发器进行上电控制，相较于普通的电压比较器，可以有效减少芯片功耗和芯片面积。另外，采用施密特触发器有利于增强低压差线性稳压器的噪声抑制能力及抗干扰能力。

本实施例中，所述施密特触发器例如是正相施密特触发器。另一实施例中，所述施密特触发器为反相施密特触发器，且其输出端与一反相器连接。以正相施密特触发器为例，上电控制电路300的工作模式如下：当反馈电压处于正常范围内，即小于触发阈值时，施密特触发器的输出电压保持在高电平，此时上电速度为正常值；当反馈电压正向递增直至大于施密特触发器的触发阈值时，施密特触发器的输出电压从高电平输出电压翻转为低电平输出电压，从而电流调整器件m2电流调整器件m2的电位降低，输出电流增加，上电加快。可以根据低压差线性稳压器的输出性能与电流调整器件的性能选择适合的施密特触发器，并设定特定的阈值电压。

本实施例中，电源电压vdd接功率调整器件m1的源极，在低压差线性稳压器正常工作时(此时输出电压vout不发生变化或者等于0)，共源共栅器件即电流调整器件m2的控制节点20的电位(即栅极电位)为低压差线性稳压器的电源电压的1/2(即vdd/2)。在此，可以设置施密特触发器的电源电压为低压差线性稳压器的电源电压的1/2，上述高电平输出电压为vdd/2，低电平输出电压为0。

进一步的计算表明，相较于没有进行上电速度控制时的上电时间(约1ms)，利用施密特触发器进行上电控制时的上电时间缩短至约400μs，即上电速度提升了60％。可见在低压差线性稳压器中设置上电控制电路可以加快上电速度。

综上所述，本实施例的低压差线性稳压器，利用电压采样电路200获得与低压差线性稳压器的输出电压vout关联的反馈电压，并输出至上电控制电路300，从而通过上电控制电路300输出上电控制信号至电流调整器件的控制节点，以调整所述电流调整器件的输出电流，从而可实现实时的快速上电能力。所述上电控制电路可以采用电压比较器或施密特触发器实现，其中利用施密特触发器进行上电控制可以有效节省功耗和芯片面积。

在不同的电路实现中，本发明的误差放大电路、电压采样电路和上电控制电路的结构可能有所不同，但应当理解，在不脱离本发明技术原理的前提下，改变它们的实现方式而形成的电路，也应属于本发明的保护范围。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。