一种自适应负载的低功耗低压差线性稳压器的制作方法

本发明涉及电源芯片，尤其涉及自适应负载的低功耗低压差线性稳压器。

背景技术：

1、ldo(low dropout regulator，低压差线性稳压器)作为电源管理中重要电源转换芯片，应用范围之广，而在便携式设备中应用无处不在，考虑便携式设备对功耗要求较高，为了提高电池使用寿命，会存在正常应用模式以及低功耗待机模式，在正常工作模式时，便携式设备功耗较高，而应用完成后则转为待机模式，在待机模式下，便携式设备中的大部分器件都处于休眠状态，对于当前的低功耗ldo方案，主要采取主ldo与辅ldo相配合供电的措施，这样的方案首先增加了芯片面积，以及主ldo与辅ldo相互配合切换时无法做到无缝转换。

技术实现思路

1、在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

2、鉴于此，本发明为了解决上述问题，提出了一种自适应负载的低功耗低压差线性稳压器，利用低功耗ldo实现设备工作模式与待机模式自适应转换。

3、本发明提供一种自适应负载的低功耗低压差线性稳压器，包括：低压差线性稳压器运算放大器，所述低压差线性稳压器运算放大器包括：自适应偏置电路、负载补偿电路、pmos电流镜负载电路、nmos电流镜负载电路、差分对管电路和功率管输出电路；

4、高偏置电流ibh通过所述自适应偏置电路流入所述nmos电流镜负载电路；低偏置电流ibl流入所述nmos电流镜负载电路；电源电压接入所述pmos电流镜负载电路；所述pmos电流镜负载电路通过所述差分对管电路与所述负载补偿电路连接；所述pmos电流镜负载电路的部分支路连接所述nmos电流镜负载电路，所述pmos电流镜负载电路的部分支路通过所述差分对管电路连接所述nmos电流镜负载电路；所述pmos电流镜负载电路与所述差分对管电路分别连接功率管输出电路；

5、所述自适应偏置电路，用于在空载或者低负载时，关闭高偏置电流ibh的导通，由低偏置电流ibl向所述低压差线性稳压器运算放大器供应电流，还用于在负载增大时，高偏置电流ibh导通并拉高所述功率管输出电路中功率管的栅极驱动电压，还用于在负载减小时，高偏置电流ibh截止，还用于在高负载时，由低偏置电流ibl和经过分流的高偏置电流ibh向所述低压差线性稳压器运算放大器供应电流；

6、所述负载补偿电路，用于在空载或者低负载时，处于截止状态，还用于在负载动态减小时，在所述差分对管电路的驱动下，处于导通状态，向所述低压差线性稳压器运算放大器供应电流，还用于在负载动态增加时，处于截止状态，还用于在高负载时，处于截止状态；

7、所述pmos电流镜负载电路，用于产生偏置电流和作为有源负载；

8、所述nmos电流镜负载电路，用于产生偏置电流和作为有源负载；

9、所述差分对管电路，用于在负载瞬时变化阶段分别发生截止与导通，使各自对应的负载电流镜导通放大的电流，从而影响所述自适应偏置电路与所述负载补偿电路的工作状态。

10、一种可能的实施方式中，所述自适应偏置电路包括缓冲电阻r0，第一pmos器件mp1，第二pmos器件mp2和第三pmos器件mp3，

11、所述缓冲电阻r0一端连接高偏置电流ibh，另一端连接第一pmos器件mp1的源极，第一pmos器件mp1的漏极连接低偏置电流ibl，第一pmos器件mp1的栅极连接所述功率管输出电路中功率管的栅极驱动电压；

12、第二pmos器件mp2的漏极连接高偏置电流ibh，第二pmos器件mp2的源极连接低偏置电流ibl，第二pmos器件mp2的栅极连接第三pmos器件mp3的栅极和漏源极，第三pmos器件mp3的源极连接电源电压。

13、一种可能的实施方式中，负载补偿电路包括：第一稳压电阻r1、第二稳压电阻r2、第四nmos器件mn4，第五nmos器件mn5和第六nmos器件mn6，

14、第一稳压电阻r1一端连接所述差分对管电路的参考电压驱动端，另一端连接第五nmos器件mn5的源极，第二稳压电阻r2一端连接所述差分对管电路的反馈电压驱动端，另一端连接第五nmos器件mn5的源极，第五nmos器件mn5的漏极连接第四nmos器件mn4的漏极，第五nmos器件mn5的栅极连接第六nmos器件mn6的栅极和漏极；

15、第四nmos器件mn4的栅极连接低偏置电流ibl，第四nmos器件mn4的源极接地，第六nmos器件mn6的源极接地。

16、一种可能的实施方式中，所述功率管输出电路包括：功率管mp、第三稳压电阻r3、第四稳压电阻r4、负载电阻rl和负载电容，功率管mp的源极连接电源电压，功率管mp的栅极连接在所述pmos电流镜负载电路和所述nmos电流镜负载电路之间的灌入电流输出端，功率管mp的漏极串联第三稳压电阻r3和第四稳压电阻r4后接地，负载电阻rl和负载电容的一端连接功率管的源极，负载电阻rl和负载电容的另一端接地，第四稳压电阻r4两端的电压作为反馈电压。

17、一种可能的实施方式中，pmos电流镜负载电路包括：第一电流镜负载阵列、第二电流镜负载阵列和第三电流镜负载阵列，所述第一电流镜负载阵列包括第四pmos器件组合和第五pmos器件组合，第二电流镜负载阵列包括第六pmos器件组合和第七pmos器件组合，第三电流镜负载阵列包括第八pmos器件组合和第九pmos器件组合，

18、第四pmos器件组合包括：第四pmos器件mp4、第四上pmos器件mp4_1和第四下pmos器件mp4_2，第四上pmos器件mp4_1的漏极连接电源电压，第四上pmos器件mp4_1的源极连接第四下pmos器件mp4_2的漏极，第四上pmos器件mp4_1的栅极和第四下pmos器件mp4_2的栅极连接第四pmos器件mp4的栅极，第四pmos器件mp4的漏极连接电源电压，第四pmos器件mp4的源极连接第四下pmos器件mp4_2的源极作为所述nmos电流镜负载电路的一条支路的灌入电流；

19、第五pmos器件组合包括：第五pmos器件mp5、第五上pmos器件mp5_1和第五下pmos器件mp5_2，第五上pmos器件mp5_1的源极连接电源电压，第五上pmos器件mp5_1的漏极连接第五下pmos器件mp5_2的源极，第五上pmos器件mp5_1的栅极、第五下pmos器件mp5_2的栅极和漏极连接第五pmos器件mp5的栅极和漏极，第五pmos器件mp5的源极连接电源电压，第五pmos器件mp5的漏极连接第五下pmos器件mp5_2的漏极作为所述差分对管电路的参考电压灌入端；

20、所述第四pmos器件mp4的栅极连接第五pmos器件mp5的栅极；

21、第六pmos器件组合包括：第六pmos器件mp5、第六上pmos器件mp6_1和第六下pmos器件mp6_2，第六上pmos器件mp6_1的漏极连接电源电压，第六上pmos器件mp6_1的源极连接第六下pmos器件mp6_2的漏极，第六上pmos器件mp6_1的栅极、第六下pmos器件mp6_2的栅极和源极连接第六pmos器件mp6的栅极和源极，第六pmos器件mp6的漏极连接电源电压，第六pmos器件mp6的源极连接第六下pmos器件mp6_2的源极作为所述差分对管电路的反馈电压灌入端；

22、第七pmos器件组合包括：第七pmos器件mp7、第七上pmos器件mp7_1和第七下pmos器件mp7_2，第七上pmos器件mp7_1的源极连接电源电压，第七上pmos器件mp7_1的漏极连接第七下pmos器件mp7_2的源极，第七上pmos器件mp7_1的栅极和第七下pmos器件mp7_2的栅极连接第七pmos器件mp7的栅极，第七pmos器件mp7的源极连接电源电压，第七pmos器件mp7的漏极连接第七下pmos器件mp7_2的漏极作为所述nmos电流镜负载电路的一条支路的灌入电流；

23、所述第六pmos器件mp6的栅极连接第七pmos器件mp7的栅极；

24、第八pmos器件组合包括：第八pmos器件mp8、第八上pmos器件mp8_1和第八下pmos器件mp8_2，第八上pmos器件mp8_1的源极连接电源电压，第八上pmos器件mp8_1的漏极连接第八下pmos器件mp8_2的源极，第八上pmos器件mp8_1的栅极和第八下pmos器件mp8_2的栅极连接第八pmos器件mp8的栅极，第八pmos器件mp8的源极连接电源电压，第八pmos器件mp8的漏极连接第八下pmos器件mp8_2的漏极作为所述nmos电流镜负载电路的一条支路的灌入电流；

25、所述第八pmos器件mp8的栅极连接第七pmos器件mp7的栅极；

26、第九pmos器件组合包括：第九pmos器件mp9、第九上pmos器件mp9_1和第九下pmos器件mp9_2，第九上pmos器件mp9_1的源极连接电源电压，第九上pmos器件mp9_1的漏极连接第九下pmos器件mp9_2的源极，第九上pmos器件mp9_1的栅极和第九下pmos器件mp9_2的栅极连接第九pmos器件mp9的栅极，第九pmos器件mp9的源极连接电源电压，第九pmos器件mp9的漏极连接第九下pmos器件mp9_2的漏极作为所述nmos电流镜负载电路的一条支路的灌入电流和所述功率管输出电路中功率管的栅极驱动电压；

27、所述第八pmos器件mp8的栅极连接第九pmos器件mp9的栅极。

28、一种可能的实施方式中，所述nmos电流镜负载电路包括：第一nmos器件mn1、第二nmos器件mn2、第三nmos器件mn3、第七nmos器件mn7、第七上nmos器件mn7_1、第八nmos器件mn8、第九nmos器件mn9、第九上nmos器件mn9_1、第十nmos器件mn10和第十上nmos器件mn10_1，第一nmos器件mn1的源极和栅极连接低偏置电流ibl，第一nmos器件mn1的漏极接地，第二nmos器件mn2的栅极连接低偏置电流ibl，第二nmos器件mn2的漏极连接所述差分对管电路的参考电压驱动端，第二nmos器件mn2的源极接地，第三nmos器件mn3的栅极连接低偏置电流ibl，第三nmos器件mn3的漏极连接所述差分对管电路的反馈电压驱动端，第三nmos器件mn3的源极接地；

29、第七nmos器件mn7的漏极接地，第七nmos器件mn7的源极连接第七上nmos器件mn7_1的漏极，第七nmos器件mn7的栅极和第七上nmos器件mn7_1的栅极连接第七上nmos器件mn7_1的源极接入第四pmos器件组合的灌入电流；

30、第八nmos器件mn8的源极接地，第八nmos器件mn8的栅极连接第七nmos器件mn7的栅极，第八nmos器件mn8的漏极接入第七pmos器件组合的灌入电流；

31、第九nmos器件mn9的源极接地，第九nmos器件mn9的漏极连接第九上nmos器件mn9_1的源极，第九nmos器件mn9的栅极和第九上nmos器件mn9_1的栅极连接第七nmos器件mn7的栅极，第九上nmos器件mn9_1的漏极接入第八pmos器件组合的灌入电流；

32、第十nmos器件mn10的源极接地，第十nmos器件mn10的漏极连接第十上nmos器件mn10_1的源极，第十nmos器件mn10的栅极和第十上nmos器件mn10_1的栅极连接第七nmos器件mn7的栅极，第十上nmos器件mn10_1的漏极接入所述功率管输出电路中功率管的栅极驱动电压。

33、一种可能的实施方式中，所述差分对管电路包括：第十一nmos器件mn11、第十二nmos器件mn12、第十三nmos器件mn13和第十四nmos器件mn14，第十一nmos器件mn11的源极和第十二nmos器件mn12的漏极连接第十三nmos器件mn13的源极，第十一nmos器件mn11的漏极和第十二nmos器件mn12的源极连接第十四nmos器件mn14漏极，第十一nmos器件mn11的栅极连接第十三nmos器件mn13的栅极接入参考电压，第十二nmos器件mn12的栅极连接第十四nmos器件mn14的栅极接入反馈电压，第十三nmos器件mn13的漏极连接第五pmos器件组合的第五下pmos器件mp5_2的漏极，第十四nmos器件mn14的源极连接第五pmos器件组合的第六下pmos器件mp6_2的源极。

34、本发明的自适应负载的低功耗低压差线性稳压器，可以提高便携式设备唤醒时的响应速度，ldo在空载时功耗极低，当便携式设备被唤醒后ldo能够提供较大功耗电流。便携式设备稳定在大负载功耗状态下时，ldo自身功耗随着负载变化而变化，从而全范围负载状态下，都具有极佳性能。

35、本发明在ldo反馈运放中采用新颖的结构，实现主体运放的功耗在输出负载电流不同工作模式下，运放的工作电流随着输出负载的增加而变大，不仅仅在输出负载增加时，增加运放功耗，提高在大负载状态下性能，同时还考虑到ldo在大的负载变化状态下能够自适应对之进行调整，提高负载调整率的性能。在实现整体符合应用要求状态下，通过这种自动的调整实现了在空载或者低负载电流状态下整个ldo功耗控制在1ua以内的目的。

36、通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。