提高PSRR及线性瞬态响应的电路、LDO电路及芯片的制作方法

提高psrr及线性瞬态响应的电路、ldo电路及芯片
技术领域
1.本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种提高psrr及线性瞬态响应的电路、ldo电路及芯片。


背景技术：

2.随着越来越多的应用设计于高度集成的系统中，系统的电源抑制(psrr)与线性瞬态响应变得更为重要，且对输出电压在不同工艺角、温度及负载的偏差精度要求越来越高。
3.如今有许多电路被提出来抑制电源变化对输出电压的影响，但其原理大多是通过电容结合电源的变化，将采集到的ac量进行功率放大，去补偿功率管的栅极电压的变化，进而减小功率管对输出的影响，且无法跟随不同负载进行有效补偿。
4.而对于系统芯片在不同的工艺角与温度情况下的应用，大多需要面临工艺偏差与高温带来的漏电问题，当在轻载甚至空载时，系统的漏电会使输出电压偏离出精度范围，直接对性能指标造成严重影响。对于这种情况，往往系统选择在输出挂一些固定负载，使其不进入空载状态，将漏电电流放掉，但这样会引入额外功耗。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种提高psrr及线性瞬态响应的电路，其能够在不同的负载情况、不同工艺角、不同温度下自适应跟随补偿系统psrr，提高线性瞬态响应；且能自适应补偿工艺角偏差与温度变化带来的漏电问题。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种提高psrr及线性瞬态响应的电路，所述提高psrr及线性瞬态响应的电路与电源电路的输出功率管的源极、漏极以及电源电压相连，所述输出功率管的栅极与电源电路的驱动级单元相连，所述输出功率管的漏极与负载连接，所述提高psrr及线性瞬态响应的电路包括：动态阻抗单元、第一mos管以及电流复制单元。
8.动态阻抗单元，用于采集输出功率管上的第一输出电流，并基于第一输出电流获得阻值随负载变化的第一等效电阻；所述第一mos管的栅极与动态阻抗单元相连，所述第一mos管的源极与电源电压以及输出功率管的源极相连，所述第一mos管的漏极用于输出与第一输出电流成比例变化的第二输出电流；电流复制单元与第一mos管的漏极和输出功率管的漏极同时相连，用于按比例复制第一mos管上的第二输出电流以补偿输出功率管上的第一输出电流。
9.在本发明的一个或多个实施例中，所述动态阻抗单元包括：采集单元、控制单元、第四mos管和电阻，所述采集单元用于按比例采集输出功率管上的上的第一输出电流并输出采集电流，所述控制单元与采集单元以及第四mos管的栅极和源极相连以控制第四mos管工作于线性区，所述电阻的第一端与电源电压、第四mos管的源极以及第一mos管的源极相
连，所述电阻的第二端与第四mos管的漏极以及第一mos管的栅极相连。
10.在本发明的一个或多个实施例中，所述采集单元为受控电流源，所述受控电流源的电流值为第一输出电流的1/n倍，n大于1。
11.在本发明的一个或多个实施例中，所述控制单元包括第三mos管，所述第三mos管的源极与第四mos管的源极相连，所述第三mos管的漏极和栅极相连且与第四mos管的栅极和采集单元相连。
12.在本发明的一个或多个实施例中，所述第二输出电流与第一输出电流的比例为1：k，具体为所述第一mos管的宽长比与输出功率管的宽长比的比例为1：k，k大于等于1。
13.在本发明的一个或多个实施例中，所述第二输出电流与第一输出电流的比例为1：k，具体为第一mos管的面积与输出功率管的面积的比例为1：k，k大于等于1。
14.在本发明的一个或多个实施例中，所述电流复制单元包括第五mos管和第六mos管，所述第五mos管的漏极和栅极相连且与第一mos管的漏极以及第六mos管的栅极相连，所述第六mos管的漏极与输出功率管的漏极相连，所述第五mos管和第六mos管的源极相连且与地电压相连。
15.在本发明的一个或多个实施例中，所述第五mos管的宽长比与第六mos管的宽长比的比例为1：k，k大于等于1。
16.本发明还公开了一种ldo电路，包括所述的提高psrr及线性瞬态响应的电路。
17.本发明还公开了一种芯片，包括所述的ldo电路。
18.与现有技术相比，根据本发明实施例的提高psrr及线性瞬态响应的电路、ldo电路及芯片，提高psrr及线性瞬态响应的电路通过动态阻抗单元按比例采集输出功率管上的第一输出电流并基于采集电流获得随负载变化而变化的第一等效电阻实现动态电流到动态电阻的转变，通过第一mos管基于第一等效电阻产生变化量与第一输出电流的变化量成比例的第二输出电流，且在动态阻抗单元未开启时，第一mos管用于产生与输出功率管上的漏电流成比例的电流，通过电流复制单元按比例复制第一mos管上的电流而产生用于补偿输出功率管上的电流的补偿电流，从而可在不同的负载情况、不同工艺角、不同温度下自适应跟随补偿psrr，提高线性瞬态响应，同时也满足了在稳态时对输出功率管的漏电补偿。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例一的提高psrr及线性瞬态响应的电路的电路原理图。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
21.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
22.如图1所示，一种提高psrr及线性瞬态响应的电路，该提高psrr及线性瞬态响应的电路与电源电路的输出功率管pm2的源极、漏极以及电源电压vin相连，输出功率管pm2的栅极与电源电路的驱动级单元10相连，输出功率管pm2的漏极(输出端vout)与负载连接。电源
电路优选为ldo电路。
23.在本实施例中，提高psrr及线性瞬态响应的电路包括：动态阻抗单元21、第一mos管pm1和电流复制单元22。第一mos管pm1的宽长比与输出功率管pm2的宽长比的比例设置为1：k，将第一mos管pm1的面积与输出功率管pm2的面积的比例设置为1：k，k大于等于1，优选地，k为大于等于1的整数。第一mos管pm1和输出功率管pm2为p沟道mos管。在其他实施例中，第一mos管pm1和输出功率管pm2可以根据需要更换为n沟道mos管。
24.其中，动态阻抗单元21用于采集输出功率管pm2上的第一输出电流并基于第一输出电流获得阻值随负载变化的第一等效电阻r’。
25.具体的，动态阻抗单元21包括采集单元211、控制单元212、第四mos管pm4和电阻r。
26.采集单元211用于按比例1/n采集输出功率管pm2上的第一输出电流并输出采集电流iout/n，n大于1，优选的，n为大于1的整数；采集单元211为受控电流源，可以是各种电流采样电路，如电流镜等。采集单元211与输出功率管pm2的漏极相连，比例1/n可以根据需要进行设置。
27.控制单元212与采集单元211以及第四mos管pm4的栅极和源极相连以控制第四mos管pm4工作于线性区。在本实施例中，控制单元212包括第三mos管pm3，第三mos管pm3的源极与第四mos管pm4的源极以及电源电压vin相连，第三mos管pm3的漏极和栅极相连且与第四mos管pm4的栅极和采集单元211相连。当输出功率管pm2所带的负载为重载时，采集电流iout/n减小，第三mos管pm3的栅源电压变大，第四mos管pm4的栅源电压变大，由于第四mos管pm4工作于线性区，所以第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
会变小；当输出功率管pm2所带的负载为轻载时，采集电流iout/n增大，第三mos管pm3的栅源电压变小，第四mos管pm4的栅源电压变小，由于第四mos管pm4工作于线性区，第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
会变的非常大。本实施例中的第三mos管pm3和第四mos管pm4为p沟道mos管。
28.另外，电阻r的第一端与电源电压vin、第四mos管pm4的源极以及第一mos管pm1的源极相连，电阻r的第二端与第四mos管pm4的漏极以及第一mos管pm1的栅极相连。第一等效电阻r’＝r//r
out4
，其中，r
out4
为第四mos管pm4的导通阻抗。若第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
变小，第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
与电阻r并联的总电阻约等于第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
，即r’＝r//r
out4
≈r
out4
，相当于第一等效电阻r’约等于第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
。若第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
变的非常大，第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
与电阻r并联的总电阻约等于电阻r，即r’＝r//r
out4
≈r，相当于第一等效电阻r’约等于电阻r。由此可以看出，第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
与电阻r并联得到的第一等效电阻r’从重载到轻载而逐渐增大。
29.第一mos管pm1与动态阻抗单元21相连，在电源电压vin产生变化时，第一mos管pm1基于第一等效电阻r’产生变化量与第一输出电流的变化量成比例的第二输出电流，且第二输出电流与第一输出电流的比例为1：k。具体的，第一mos管pm1的源极与电源电压vin相连，第一mos管pm1的栅极与电阻r的第二端相连，通过第四mos管pm4的导通阻抗和电阻r并联的第一等效电阻r’在第一mos管pm1的栅极产生第一控制电压，基于第一控制电压在第一mos管pm1上产生第二输出电流，第二输出电流随电源电压vin变化而变化。
30.同时，在输出功率管pm2所带的负载为重载时，驱动级单元10等效的第二等效电阻r”变小，在输出功率管pm2所带的负载为轻载时，驱动级单元10等效的第二等效电阻r”变
大。第二等效电阻r”从重载到轻载而逐渐增大，即在负载变化时，第四mos管pm4的导通阻抗r
out4
与电阻r并联的第一等效电阻r’与第二等效电阻r”的变化方向一致。
31.输出功率管pm2的栅极与驱动级单元10提供的第二控制电压vcontrol相连，在输出功率管pm2所带的负载从轻载到重载时，第二控制电压vcontrol从小变大。
32.第一等效电阻r’随着负载的变化而变小或变大，第一mos管pm1的寄生电容cg1配合第一等效电阻r’产生随负载变化而变化的第一时间常数，第一时间常数为r’*cg1；第二等效电阻r”随着负载的变小或变大，输出功率管pm2的寄生电容cg2配合第二等效电阻r”产生随负载变化而变化的第二时间常数，第二时间常数为r”*cg2。
33.通过调节电阻r的阻值以及第三mos管pm3和第四mos管pm4的尺寸，满足第一时间常数等于第二时间常数，即r’*cg1＝r”*cg2，则在电源电压vin产生变化(上升)时，基于相等的第一时间常数和第二时间常数，使得第一控制电压和第二控制电压vcontrol的变化量相等，即第一mos管pm1的栅源电压vgs1的变化量和输出功率管pm2的栅源电压vgs2的变化量相等。在其他实施例中，第一时间常数可以不等于第二时间常数，第一时间常数和第二时间常数保持等比例同等变化，第一控制电压的变化量和第二控制电压的变化量保持等比例。
34.第一mos管pm1的栅源电压vgs1和输出功率管pm2的栅源电压vgs2在电源电压vin变化(上升)时产生的变化量相等，使得第一mos管pm1和输出功率管pm2上的电流变化量成比例。
35.电流复制单元22与第一mos管pm1的漏极和输出功率管pm2的漏极同时相连，电流复制单元22用于按比例复制第一mos管pm1上的第二输出电流以补偿输出功率管pm2上的第一输出电流。
36.电流复制单元22包括第五mos管nm1和第六mos管nm2，第五mos管nm1的宽长比与第六mos管nm2的宽长比的比例为1：k，k大于等于1，优选地，k为大于1的整数。第五mos管nm1和第六mos管nm2均为n沟道mos管，在其他实施例中，可以根据需要将第五mos管nm1和第六mos管nm2更换为p沟道mos管。
37.第五mos管nm1的漏极和栅极相连且与第一mos管pm1的漏极以及第六mos管nm2的栅极相连，第六mos管nm2的漏极与输出功率管的漏极相连，第五mos管nm1和第六mos管nm2的源极相连且与地电压gnd相连。
38.在本实施例中，第一mos管pm1上的第二输出电流的电流变化量和输出功率管pm2上的第一输出电流的电流变化量的比例保持为1：k。通过第五mos管nm1和第六mos管nm2将第一mos管pm1上的电流放大k倍以对输出功率管pm2的漏极(输出端vout)进行抽电流，即从输出端vout处看到的电流变化量为0，显著提高了电路电源抑制比。
39.另外，由于工艺角偏差与温度变化，在动态阻抗单元21未开启时，输出功率管pm2上也会产生第一输出电流，此时的第一输出电流为第一漏电流，第一mos管pm1上也能够产生与输出功率管pm2上的漏电流成比例的电流。由于第一mos管pm1和输出功率管pm2均为p沟道mos管或者其他同类型的晶体管，且两者相匹配，两者的制造工艺相同、掺杂相同、物理机理上的制造过程相同、温度梯度相同以及应力影响相同，从而使得当输出功率管pm2上产生第一输出电流(第一漏电流)时，第一mos管pm1上也产生第二输出电流(第二漏电流)，第二输出电流和第一输出电流的比例为1：k，k大于等于1，优选地，k为大于等于1的整数。
40.进一步的，在ldo电路的输出处于稳态时，第一mos管pm1的栅源电压vgs等于0，第一mos管pm1处于截止状态而没有电流产生，若此时因工艺角、温度导致了输出功率管pm2产生了第一输出电流(第一漏电流)，则通过第五mos管nm1和第六mos管nm2将第二输出电流(第二漏电流)放大k倍以对输出功率管pm2的漏极(输出端vout)进行抽电流，由于第一mos管pm1与输出功率管pm2、第五mos管nm1与第六mos管nm2为同类型器件且匹配性良好，则输出功率管pm2的第一漏电电流基本等于第六mos管nm2抽走的电流，使漏电造成的系统失调重新降为0，且不额外增加功耗。
41.本发明还公开了一种ldo电路，包括上述的提高psrr及线性瞬态响应的电路。
42.本发明还公开了一种芯片，包括上述的ldo电路。
43.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。