一种改进型片上线性稳压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电源管理电路技术，特别设及一种线性稳压器。
【背景技术】
[0002] 供电和电源调整是电子系统最基本的功能。没有稳定的供电，任何带负载的应用， 不管是手机还是无线传感网节点，都不可能正常工作，因为电池和其他离线电源所提供的 电流和电压在不同时间和不同工作条件下都会发生改变。本质上它们都会产生噪声和抖 动；另外，高功率的开关电路更加促使了噪声和抖动的产生，如CPU和DSP。快速改变的负载 使得原来没有噪声的电源出现了瞬态偏移，最终会导致原本应是直流的成分出现了不必要 的电压下降和频率散杂。线性稳压器的功能就是把运些不可预测的、有噪声的电压转变成 持续不变的、精确的、与负载无关的电压，把有害的波动降到更低、能够接受的程度。
[0003] 随着系统忍片（System-〇n-a-cMp，SoC)的不断发展，将线性稳压器集成于SoC忍 片中成为了重要的发展趋势。在SoC忍片中，通常会使用片内线性稳压模块为其中的模拟电 路及数字电路单独供电。运种方法的优势在于能够显著减小串扰，提高输出电压的负载线 性度，同时能够减小由于传输线上电感带来的电压抖动。另外，全片内的线性稳压器能够显 著减小电路的片外引脚降低成本，方便客户使用。
[0004] 据线性稳压器导通元件结构的不同，线性稳压器可分为W双极性器件为调整管的 线性稳压器、WPM0S为调整管的线性稳压器、WNM0S为调整管的线性稳压器等。WNM0S为调 整管的线性稳压器典型结构如图1所示。就输出电流而言，双极型器件为调整管的线性稳压 器要优于WM0S器件为调整管的线性稳压器，适合用于大电流供电要求的电路中；但是在静 态电流方面，M0S器件要优于双极型器件，适合用于低功耗设计要求的电路中；而在压降方 面，NPN达林顿结构和PM0S器件的压差最小，适合用于低压差要求的电路中；在瞬态响应速 度方面，NM0S比PM0S器件和横向结构的PNP器件速度要快，但是慢于NPN结构器件。虽然纵向 的PNP结构也可W获得较高的瞬态速度，但是制造工艺并非标准工艺，成本较高。功率管的 选择要根据线性稳压器的性能和所采用的工艺制程来决定。由于片上线性稳压器存在负载 瞬态响应较差的缺点，且NM0S作为调整管的线性稳压器具有较好的瞬态响应，功耗和成本 均较低，所W本发明选取NM0S管作为片上线性稳压器的功率调整管。
[0005] 参照图2。文献"Den Besten G W,Nauta B.Embedded 5V-t〇-3.3V voltage regulator for supplying digital IC's in 3.3V CMOS technology[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits，1998，33(7):956-962/'公开了一种基于NMOS管作为功率调整 管的线性稳压器。该线性稳压器由于将输出与前级反馈回路隔绝，所W虽然得到了良好的 负载瞬态响应性能，但是负载调整率性能较差。
【发明内容】
[0006] (一)要解决的技术问题
[0007] 本发明要解决的技术问题是:在保持【背景技术】结构中优越的负载瞬态响应性能的 同时，提高该结构的负载调整率 [000引（二)技术方案
[0009] 为解决上述问题，本发明提供了一种线性稳压器，包括:误差放大器，前级电压采 样电路，尾部反馈电路W及输出电路。所述误差放大器用于稳定前级反馈环路，使得采样节 点电压稳定在一个恒定值;所述前级电压采样电路连接所述误差放大器和尾部反馈电路， 用于被误差放大器采样电压和提供后级输出电路所镜像结构;所述尾部反馈电路连接所述 前级电压采样电路和输出电路，用于将输出端口电压与前级相联系W提高该线性稳压器的 负载调整率;所述输出电路用于镜像前级结构，构成共源级输出，增强该线性稳压器的负载 瞬态响应。其中，所述尾部反馈电路包括PM0S管P9、PM0S管P10、PM0S管P1UPM0S管P12、NM0S 管N7、NM0S管N8、NM0S管N9、NM0S管N10、NM0S管N11 及NM0S管N12;所述 PM0S管P10 和PM0S管 P11的源极连接电源电压输入端口，各自栅极和各自漏极相连;所述醒0S管N9和PM0S管P10 的漏极相连，醒0S管N9的栅极连接前级电压采样电路的输出；所述醒0S管N10和PM0S管P11 的漏极相连，NM0S管N10的栅极连接输出电路的输出端口；所述NM0S管N11的源极接地，漏极 分别和NM0S管N9和NM0S管N10的源级相连，NM0S管N11的栅极连接偏置信号的输入端口；所 述PM0S管P9的源极连接电源电压输入端口，栅极和PM0S管P10的栅极相连;所述PM0S管P12 的源极连接电源电压输入端口，栅极和PM0S管P11的栅极相连;所述NM0S管N8的源极接地， 漏极与本身的栅极和PM0S管P9的漏极相连;所述NM0S管N12的源极接地，漏极与栅极和PM0S 管P12的漏极相连;所述醒0S管N7的源极接地，漏极和误差放大器的负相输入端日相连，栅 极与NM0S管N8的栅极相连。
[0010] (立巧益效果
[0011] 本发明的改进型片上线性稳压器拥有高性能负载瞬态响应，同时静态电流较低， 系统无需额外补偿。
【附图说明】
[0012] 图1是WNM0S作为调整管的典型线性稳压器结构示意简图；
[0013] 图2是【背景技术】基于NM0S作为调整管的线性稳压器结构示意简图；
[0014] 图3是本发明实施例中改进型片上线性稳压器结构示意图；
[001引图4是图1、图2、图蛹构的负载瞬态响应性能仿真结果对比图；
[0016] 图5是图2、图3结构的负载调整率性能仿真结果对比图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。W下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0018] 本实施例提出了一种改进型片上线性稳压器的设计，如图3所示。包括:误差放大 器，前级电压采样电路，尾部反馈电路W及输出电路。所述误差放大器用于稳定前级反馈环 路，使得采样节点电压稳定在一个恒定值;所述前级电压采样电路连接所述误差放大器和 尾部反馈电路，用于被误差放大器采样电压和提供后级输出电路所镜像的结构;所述尾部 反馈电路连接所述前级电压采样电路和输出电路，用于将输出端口电压与前级相联系W提 高该线性稳压器的负载调整率;所述输出电路用于镜像前级结构，构成共源级输出，增强该 线性稳压器的负载瞬态响应。
[0019] 本实施例中，误差放大器采用了图3中的八个PM0S管(P1~P8)和五个NM0S管(N1~ N5)结构。P1、P4、P7的源极连接电源电压输入信号Vin，Pl的栅极连接外部偏置电压信号Vbi; P2、P5、P8的栅极连接外部偏置电压信号Vb2,源极分别与P1、P4、P7的漏极相连，P5的漏极与 P4、P7的栅极相连;P2的漏极与P3、P6的源极连接;N1、N4的栅极和P3的栅极与前级带隙基准 的输出电压信号Vref相连，N1、M的漏极分别与P5、P8的漏极相连;N2的漏极和N1的源极与P3 的漏极相连，N5的漏极和N4的源极与P6的漏极相连，N2、N5、N3的源极接地，N2、N5的栅极和 N3的漏极与外部偏置电压信号Vb相连，N3的栅极连接线性稳压器的使能信号EN。误差放大 器在线性稳压器正常工作时，为前级反馈环路提供大增益的放大器，使得P6管的栅极电压 在负载变化时仍保持在Vref。
[0020] 本实施例中，前级电压采样电路采用了图3中的两个匪OS管(N6、N15)、两个电阻 (R1、R2)和一个电容(C1)dN6的漏极连接电源输入端口 Vin;N15的漏极、C1的一端与N6的栅极 和前级误差放大器的输出端P点，即P8的漏极相连，C1另一端与N15的源极接地，N15的栅极 接本发明的使能信号EN;R1的一端接N6的源极;R2的一端与R1的另一端口即采样节点Vfb和 前级误差放大器的负相输入端，目阳6的栅极相连，R2的另一端口接地。前级电压采样电路为 前级反馈回路提供采样电压，同时N6管为后级输出电路提供被镜像结构，C1用于抑制N6管 栅源寄生电容对P点电压变化的影响。
[00別]本实施例中，尾部反馈电路采用了图3中的四个PM0S管(P9~P12)和六个匪0S管 (N7~N12)结构。P10、P11的源极连接电源电压输入端口，各自