专利名称：一种精度和电源抑制比增强的低压差线性稳压器的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种新型的精度和电源抑制比增强的低 压差线性稳压器。
背景技术：
随着采用电池供电的便携式电子设备得到广泛的应用，高性能的电源管理变得越 来越重要。低压差线性稳压器(LDO)常常作为DC-DC转换器的后续电路用来提供稳定的、 低噪声的电源，为模拟以及射频等对电源要求高的电路供电。这就要求LDO在实现稳定的 频率补偿的条件下，还需要具有高精度以及高电源抑制比(PSRR)。现有的LDO技术一般由误差放大器(18)、电压缓冲器(2)、PMOS调整管(3)、电阻 反馈网络(4、5)以及输出电容(6)构成。出于对精度以及PSRR的要求，误差放大器(18) 需要很大的增益。这就导致它的输出端阻抗L很大 。而大尺寸的PMOS调整管(3)的栅极 电容Cp2同样很大。在不加电压缓冲器(2)的情况下，反馈环路中由IA^1 Cp2产生的低频 极点会使得频率补偿变得很困难。而在加入电压缓冲器(2)之后，这一极点会分离成相对 频率较高的两个极点IA^1Cpl和l/r。2 Cp2。通过使用大的输出电容(通常在11 量级)，此 时环路的主极点可以设计在输出端。但是，在这种情况下对误差放大器的输出阻抗I^1还是 有限制的，太大的输出阻抗还是会造成极点1/h Cpl的频率太低。当负载电流变大的情况 下，LDO的输出端阻抗、会变小，此时LDO反馈回路有可能不稳定。由上述分析可知，对LDO反馈回路的稳定性的要求限制了误差放大器(18)的输出 阻抗I^1，从而限制了它的增益。而LDO的精度与PSRR是由误差放大器的增益决定的。所 以传统的LDO结构限制了精度与PSRR的提高。在这种背景下，在满足稳定性要求的同时， 提高LDO的精度与PSRR，是具有一定的现实意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的低压差线性稳压器(LDO)电路。该电路在满足 LDO反馈回路稳定性的同时，可以实现高精度与高电源抑制比(PSRR)。本发明的目的是通过在误差放大器内部引入一个具有一定增益的中间放大级，从 而提高LDO的环路增益，即提高了 LDO的精度和电源抑制比来实现。本发明所提供的低压差线性稳压器由改进的误差放大器(1)、电压缓冲器(2)、 PMOS调整管(3)、电阻反馈网络(4、5)以及输出电容(6)构成，其电路图如图2所示。本发明所提供的低压差线性稳压器，其误差放大器(1)的输出接在电压缓冲器 (2)的输入；电压缓冲器(2)的输出接在PMOS调整管(3)的栅极；PMOS调整管(3)的源极 接在输入电压上，漏极接反馈电阻Rfl(4)的一端；反馈电阻Rfl(4)的另一端接在反馈电阻 Rf2 (5)的一端，同时连接在误差放大器的正输入端；反馈电阻Rf2的另一端接地。在本发明所提供的低压差线性稳压器中，误差放大器(1)的晶体管级实现由MOS 管 Ml-M9(7、8、9、10、ll、12、13、14、15)以及电阻 R1、R2 (16，17)构成，其中 M1、M2 (7、8)构成输入差分对并由M9 (15)提供偏置电流^1、112(7、8)的漏极和M3、M4 (9，10)的漏极相连，M3、 M4(9，10)的源极接高电平而栅极通过电阻R1、R2 (16，17)与漏极连接，M5、M6、M7、M8 (12、 13、14、15)构成误差放大器(1)的输出级。本发明所提供的低压差线性稳压器，输入电压Vin与PMOS调整管(3)的源极相 连，同时作为误差放大器(1)和电压缓冲器(2)的供电电源；参考电压与误差放大器 (1)的负输入端相连。本发明所提供的低压差线性稳压器，其中改进的误差放大器(1)在不 改变输出点 阻抗(即不影响LDO的环路稳定性)的情况下，通过内部节点阻抗的提高，增加了直流增 益，因此，在实现稳定的频率补偿的同时，提高了 LDO的精度以及电源抑制比。
图1是一种现有的低压差线性稳压器电路，其中18为误差放大器，2为电压缓冲 器，3为PMOS调整管，4、5为电阻反馈网络，6为输出电容。图2是本发明提出的精度和电源抑制比增强的低压差线性稳压器电路，其中1为 误差放大器，2为电压缓冲器，3为PMOS调整管，4、5为电阻反馈网络，6为输出电容，7、8、9、 10、11、12、13、14、15为误差放大器(1)的晶体管级电路中的MOS管，16、17为误差放大器 (1)的晶体管级电路中的电阻。
具体实施方案以下结合具体的实施例，对本发明做进一步的阐述。实施例仅用于对本发明做说 明而不是对本发明的限制。实施例1本实施例结合附图2进一步描述本发明。如图2所示，本实施例的低压差线性稳压器由误差放大器(1)、电压缓冲器(2)、 PMOS调整管(3)、电阻反馈网络(4、5)以及输出电容(6)构成，其中误差放大器⑴的输 出接在电压缓冲器(2)的输入；电压缓冲器(2)的输出接在PMOS调整管(3)的栅极；PMOS 调整管⑶的源极接在输入电压上，漏极接反馈电阻Rfl⑷的一端；反馈电阻Rfl⑷的另 一端接在反馈电阻Rf2 (5)的一端，同时连接在误差放大器的正输入端；反馈电阻Rf2的另一 端接地。误差放大器(1)的晶体管级实现由MOS管Ml-M9(7、8、9、10、ll、12、13、14、15)以 及电阻R1、R2(16，17)构成，其中M1、M2(7、8)构成输入差分对并由M9 (15)提供偏置电流， M1、M2(7、8)的漏极和M3、M4(9，10)的漏极相连，M3、M4 (9，10)的源极接高电平而栅极通过 电阻R1、R2(16，17)与漏极连接，M5、M6、M7、M8(12、13、14、15)构成误差放大器(1)的输出 级。低压差线性稳压器的输入电压Vin与PMOS调整管(3)的源极相连，同时作为误差放大 器(1)和电压缓冲器(2)的供电电源；参考电压Vref与误差放大器(1)的负输入端相连。误差放大器(1)的晶体管级实现中引入了电阻Rl和R2(16、17)。其中Rl接在M3 的漏极和栅极之间，R2接在M4的漏极和栅极之间，它们具有相同的阻值。这样的连接一方 面可以为后续的电路提供稳定的直流电平，这与图1中采用二极管连接的M3、M4的作用是 相同的。但另一方面，此时由M5的栅极向M1、M3的漏极看进去的阻抗可以表示为rint = r。,M1//r。,M3//Rl (1)
其中r。,M1和r。,M3为沟道调制效应引入的Ml和M3源漏之间的电阻。通常情况下， r0,M1 >> R1, r。,M1 >>队。于是表达式(1)可以化简为<formula>formula see original document page 5</formula> (2)误差放大器(1)的直流增益可表示为Adc = gffllRlgffl5rol (3)其中gml表示输入差分对M1、M2的跨导，gm5表示M5、M6的跨导。作为比较，图1中 误差放大器(18)的直流增益可以表示为<formula>formula see original document page 5</formula> (4)其中gm3表示M3、M4的跨导。通过比较表达式(3)和⑷可知，通过选取Rl、R2的 阻值使得A = SmlR1 > 1，误差放大器⑴的直流增益比传统的误差放大器的直流增益提高 了 A倍。这就会带来LDO的精度以及电源抑制比以同样的比例得到提高。从稳定性的角度来看，此时误差放大器(1)的输出阻抗G1不变，即误差放大器输 出端的极点仍位于1/b Cpl处。而误差放大器(1)内部M5栅极处的寄生极点由原来的gm3/ cint变为1/队Cint，变低了 A倍。因为gm3/cint原本就位于相对LDO的环路GBW很高的频率 处，所以可以选取合适的A的值使得环路的稳定性不受到影响。在实际的电路设计中，这一 寄生极点的频率降低3-4倍是可以接受的。这意味着LDO的精度可以有3-4倍的提高，而 PSRR可以有10-16dB的提高。
权利要求
一种低压差线性稳压器，由误差放大器(1)、电压缓冲器(2)、PMOS调整管(3)、电阻反馈网络(4、5)以及输出电容(6)构成，其特征在于在误差放大器(1)内部具有一个有增益作用的中间放大级。
2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于误差放大器(1)的输出接在 电压缓冲器⑵的输入；电压缓冲器⑵的输出接在PM0S调整管(3)的栅极PM0S调整管 ⑶的源极接在输入电压上，漏极接反馈电阻Rfl⑷的一端；反馈电阻Rfl⑷的另一端接在 反馈电阻Rf2(5)的一端，同时连接在误差放大器的正输入端；反馈电阻Rf2的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于误差放大器(1)的晶体管级 实现由 M0S 管 Ml-M9(7、8、9、10、ll、12、13、14、15)以及电阻 Rl、R2 (16，17)构成。
4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于误差放大器⑴中的M0S管 M1、M2(7、8)构成输入差分对并由M0S管M9(15)提供偏置电流，Ml、M2 (7、8)的漏极和M0S 管M3、M4(9，10)的漏极相连，M3、M4(9，10)的源极接高电平而栅极通过电阻R1、R2 (16，17) 与漏极连接^05管115^6^7^8(12、13、14、15)构成误差放大器(1)的输出级。
5.根据权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于输入电压Vin与PM0S调整管 ⑶的源极相连，同时作为误差放大器⑴和电压缓冲器⑵的供电电源；参考电压与 误差放大器(1)的负输入端相连。
全文摘要
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种新型的精度和电源抑制比增强的低压差线性稳压器(LDO)，由误差放大器、电压缓冲器、PMOS调整管、电阻反馈网络以及输出电容构成。本发明所提供的低压差线性稳压器，在不改变输出点阻抗，不影响LDO的环路稳定性的情况下，在误差放大器内部引入一个具有一定增益的中间放大级，通过内部节点阻抗的提高，增加了直流增益，因此，在实现稳定的频率补偿的同时，提高了LDO的精度以及电源抑制比。
文档编号G05F1/56GK101833346SQ20091004760
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者周锋, 马海峰 申请人:复旦大学