一种低功耗高速片上电容LDO电路的制作方法

本发明属于集成电路设计领域，应用于低功耗高速的应用场景。

背景技术：

在集成电路设计中，由于各模块电路对电源的需求存在差异，片上ldo为满足不同模块对电源的差异化需求，常采用对应性能较好的片上ldo结构，以满足应用需求的前提下降低设计风险难道和版图面积；在一些负载电流变化剧烈的应用中，对片上ldo的响应速度有较高的要求，而较高的响应速度需要消耗较高的功耗。

图1为一种典型的片上电容ldo结构，差分对管采用对称结构，该结构的单位增益带宽gwb1可以用[equ.1]表示；功率管mp栅极结点vg的摆率sr1可以用[equ.2]表示，其中α为gm/ib，约为10；；ldo的功率管栅极结点vg的摆率是影响ldo响应速度的重要参数，表示out电压下降时功率管开启的速度；典型结构的ldo为提高摆率可以选择增大偏置电流ib或者减小补偿电容，但这些均会增大ldo的单位增益带宽；而增大单位增益带宽会加大环路的补偿难度，甚至导致稳定性问题。

[equ.1]

[equ.2]

技术实现要素：

本发明提供一种低功耗高速片上电容ldo电路结构，能够在实现高速响应的前提小，消耗较少的功耗，主要的技术点有两个方面：

1．通过采用非对称的差分对管结构在保证环路带宽的前提下，实现更高的摆率；

2．将电流较大的差分对管电流作为ldo的输出负载电流，降低了ldo的功耗，提高了空载稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1一种典型的片上电容ldo电路；

图2本发明的一种低功耗高速片上电容ldo电路。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明发明公开的一种低功耗高速片上电容ldo电路和工作过程。

图2是本发明的一种低功耗高速片上电容ldo电路结构，具体电路结构包括：nmos电流镜m7、m6、m0，pmos电流镜m8、m3，差分对管m1、m2，功率管mp，反馈电阻r1、r2，负载电容co，负载电阻rl，补偿电容cc；m7管的源极接地，漏极和栅极接输入偏置电流ib，并连接到m6、m7的栅极；m6的源极接地，栅极接偏置电流ib，漏极接m8的漏极、栅极和m3的栅极；m0的源极接地，漏极接m1、m2的源极，栅极接偏置电流ib；m8的源极接电源vdd，栅极和漏极接m6的漏极和m3的栅极；m3的源极接电源vdd，漏极接功率管mp的栅极结点vg，源极接m8的漏极、栅极和m6的漏极；功率管mp的栅极结点vg接m3的漏极、m1的漏极和补偿电容cc的一端，漏极为ldo的输出结点out；m1的源极接m0的漏极和m2的源极，漏极接结点vg，栅极接参考电压vref；m2的源极接m0的漏极和m1的栅极，漏极接结点out，栅极接反馈电阻的反馈结点vfb；反馈电阻r1的一端接输出结点out，；另一端接反馈电阻r2的一端和m2的栅极作为反馈电阻的反馈结点vfb；反馈电阻r2的一端接反馈结点vfb，另一端接地；负载电容co的一端接输出结点out，另一端接地；负载电阻的一端接输出结点out，另一端接地；补偿电容cc的一端接结点vg，另一端接输出结点out。

图2结构的摆率sr的表达式可以用[equ.3]表示；ldo的单位增益带宽可以用[equ.4]表示；其中α为gm/ib，约为10；对比图1典型的差分对管对称结构，典型结构ldo中为增加摆率只能增加电路的环路增益带宽，但较大的环路增益带宽将使环路的稳定性恶化；而本发明提供的电路结构在不增加单位增益带宽的前提下可以通过增大k值提供更大的摆率。

[equ.3]

[equ.4]

在ldo空载时，输出极点（次极点）变小，而环路主极点不变，环路相位裕度减小，简单的解决方案是在输出out点增加一个负载电阻或者负载电流，降低输出阻抗，增大输出极点，但这将导致额外的静态功耗；本发明将差分对管m2的电流作为ldo的负载电流，可以降低ldo的空载输出阻抗，提高环路稳定性，同时降低ldo的静态功耗。

综上所述，本发明提供了一种采用非对称差分对管的ldo结构，可以在不增加环路增益带宽的条件下，通过调节非对称差分对管的尺寸比值，实现更大的摆率，同时将差分对管作为输出负载，提高了环路空载稳定性并降低了功耗。