低壓差線性穩(wěn)壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及穩(wěn)壓器電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓差線性穩(wěn)壓器是現(xiàn)有的S0C(SyStem on Chip芯片級(jí)系統(tǒng))設(shè)計(jì)里的關(guān)鍵器件，用于給噪聲敏感模塊提供穩(wěn)定的電源。而瞬態(tài)響應(yīng)是低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。低壓差線性穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)跟不同的設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)。比如環(huán)路穩(wěn)定性，環(huán)路帶寬以及功率管柵極的轉(zhuǎn)換速率。特別在負(fù)載電流變化很大的應(yīng)用中，小的帶寬和慢的轉(zhuǎn)換速率會(huì)限制瞬態(tài)響應(yīng)。
[0003]實(shí)際上，現(xiàn)有低壓差線性穩(wěn)壓器通常受制于環(huán)路穩(wěn)定性、環(huán)路帶寬以及功率管柵極的轉(zhuǎn)換速率的折衷。為了提高環(huán)路穩(wěn)定性，有很多先進(jìn)的補(bǔ)償技術(shù)提出，比如基于阻尼因子控制的頻率補(bǔ)償、Q因子縮小補(bǔ)償、最小化Q因子、自適應(yīng)零點(diǎn)補(bǔ)償以及有源反饋補(bǔ)償。基于這些補(bǔ)償技術(shù)的電路往往很復(fù)雜，會(huì)消耗更多的靜態(tài)功耗。如果去使用片外電容，環(huán)路穩(wěn)定性又會(huì)受到電容ESR(Equivalent Series Resistance等效串聯(lián)電阻)的影響。這會(huì)大大限制片外電容的選擇。
[0004]市場(chǎng)上現(xiàn)有的低壓差線性穩(wěn)壓器，往往具有復(fù)雜的補(bǔ)償電路，會(huì)消耗大量的靜態(tài)功耗。
[0005]對(duì)于具有快速響應(yīng)的低壓差線性穩(wěn)壓器，一般都是基于翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器的單晶體管控制。
[0006]如圖1所示，這是一種單晶體管控制的低壓差線性穩(wěn)壓器。這種低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性對(duì)于片外電容的要求不高，沒(méi)有嚴(yán)格的ESR要求。同時(shí)它具有非?？斓乃矐B(tài)響應(yīng)。但是這種低壓差線性穩(wěn)壓器在輕負(fù)載電流下，穩(wěn)定性較差。而且，負(fù)載電流的動(dòng)態(tài)范圍很小，電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置困難。
[0007]如圖2所示，這是一種改進(jìn)過(guò)的具有快速效應(yīng)的低壓差線性穩(wěn)壓器。它基于翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器技術(shù)，擁有一個(gè)折疊共源共柵結(jié)構(gòu)。這種低壓差線性穩(wěn)壓器具有很大環(huán)路帶寬，不過(guò)由于它的主極點(diǎn)是功率輸出管柵極電容的函數(shù)，柵極的轉(zhuǎn)換速率的比較慢，負(fù)載電流的瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)受到柵極的轉(zhuǎn)換速率的限制。同樣，在輕負(fù)載電流時(shí)，環(huán)路穩(wěn)定性差。
[0008]如圖3所示，這是具有折疊共源共柵的低壓差線性穩(wěn)壓器基礎(chǔ)上加入自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路的低壓差線性穩(wěn)壓器。由于加入了柵極驅(qū)動(dòng)電路，功率輸出管柵極轉(zhuǎn)換速率得到了加強(qiáng)。但是由于自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)電路的工作電流會(huì)根據(jù)負(fù)載電流的變化而變化，這將導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)電壓跟隨器的柵源電壓也變化，使得輸出電壓也隨著負(fù)載電流的變化而變化。這樣低壓差線性穩(wěn)壓器輸出變化范圍很大，應(yīng)用受到很大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)，用簡(jiǎn)單的補(bǔ)償技術(shù)了提供穩(wěn)定的環(huán)路帶寬，同時(shí)對(duì)片外電容的選擇上沒(méi)有ESR的限制。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種低壓差線性穩(wěn)壓器，其包括電壓輸出電路、誤差放大電路和功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路，
[0011]所述電壓輸出電路包括功率輸出管，所述功率輸出管的漏極用于為外部電路提供輸出電壓；
[0012]所述誤差放大電路感應(yīng)所述輸出電壓的變化，并向所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路輸出一表征所述輸出電壓變化趨勢(shì)的誤差電壓；
[0013]所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述誤差電壓加快所述功率輸出管的柵極充電速度或放電速度，以加強(qiáng)所述功率輸出管的轉(zhuǎn)換速率。
[0014]進(jìn)一步的，所述功率輸出管具有一柵極寄生電容，所述柵極寄生電容接入所述功率輸出管的柵極與地之間，
[0015]當(dāng)所述外部電路的負(fù)載電流瞬時(shí)增大時(shí)，所述柵極寄生電容處于放電過(guò)程，所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述誤差電壓加快所述柵極寄生電容的放電速度；
[0016]當(dāng)所述外部電路的負(fù)載電流瞬時(shí)減小時(shí)，所述柵極寄生電容處于充電過(guò)程，所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)所述誤差電壓加快所述柵極寄生電容的充電速度。
[0017]進(jìn)一步的，所述電壓輸出電路還包括第一電壓源，所述第一電壓源的正極與所述功率輸出管的源極連接，負(fù)極接地。
[0018]進(jìn)一步的，所述誤差放大電路包括翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器，所述翻轉(zhuǎn)源極電壓跟隨器的柵極接入低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入電壓。
[0019]進(jìn)一步的，所述翻轉(zhuǎn)源極電壓跟隨器通過(guò)其內(nèi)部晶體管的源極接收所述輸出電壓，并通過(guò)其內(nèi)部晶體管的漏極輸出一表征所述輸出電壓變化趨勢(shì)的誤差電壓，
[0020]當(dāng)所述外部電路的負(fù)載電流瞬時(shí)增大時(shí)，所述輸出電壓瞬時(shí)降低，所述翻轉(zhuǎn)源極電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管的漏極輸出電壓瞬時(shí)降低，即產(chǎn)生所述誤差電壓；
[0021]當(dāng)所述外部電路的負(fù)載電流瞬時(shí)減小時(shí)，所述輸出電壓瞬時(shí)升高，所述翻轉(zhuǎn)源極電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管的漏極輸出電壓瞬時(shí)升高，即產(chǎn)生所述誤差電壓。
[0022]進(jìn)一步的，所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路包括源極電壓跟隨器，所述源極電壓跟隨器通過(guò)其內(nèi)部晶體管的柵極接收所述誤差電壓，并通過(guò)其內(nèi)部晶體管的源、漏極根據(jù)所述誤差電壓加快所述功率輸出管的柵極充電速度或放電速度，
[0023]當(dāng)所述誤差電壓為一瞬時(shí)降低的電壓時(shí)，所述源極電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管的柵極電壓瞬時(shí)降低，所述功率輸出管的柵極將產(chǎn)生瞬態(tài)放電電流，所述瞬態(tài)放電電流依次經(jīng)過(guò)所述功率輸出管的柵極、所述源極電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管的源極和漏極流入地，加速所述功率輸出管的柵極放電速度。
[0024]進(jìn)一步的，所述功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路還包括第一偏置電流源，所述第一偏置電流源的負(fù)極接入所述功率輸出管的柵極，正極接入所述功率輸出管的源極，
[0025]當(dāng)所述誤差電壓為一瞬時(shí)升高的的電壓時(shí)，所述源極電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管的柵極電壓瞬時(shí)升高，柵源電壓瞬時(shí)降低，所述第一偏置電流源輸出的電流直接流入所述功率輸出管的柵極并為其充電，加速所述功率輸出管的柵極充電速度。
[0026]進(jìn)一步的，所述翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器包括第一晶體管、第二電壓源和第二偏置電流源，所述第一晶體管為所述翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管，所述第二電壓源輸出的電壓為所述低壓差線性穩(wěn)壓器的輸入電壓，所述第一晶體管的源極接入所述功率輸出管的漏極，柵極接入所述第二電壓源的正極，漏極接入所述第二偏置電流源的正極，所述第二電壓源的負(fù)極和所述第二偏置電流源的負(fù)極均接地，所述第一晶體管通過(guò)其漏極輸出所述誤差電壓。
[0027]進(jìn)一步的，所述源極電壓跟隨器包括第二晶體管，所述第二晶體管為所述源級(jí)電壓跟隨器的內(nèi)部晶體管，所述第二晶體管的柵極接入所述誤差電壓，源極接入所述功率輸出管的柵極，漏極接地。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]本發(fā)明提供的低壓差線性穩(wěn)壓器基于翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器技術(shù)，翻轉(zhuǎn)源級(jí)電壓跟隨器在環(huán)路中作為誤差放大電路，其能夠感應(yīng)功率輸出管漏極輸出電壓的變化，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，誤差放大電路將提供一個(gè)相應(yīng)的誤差電壓，并以此來(lái)控制功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路，功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路的作用是根據(jù)誤差電壓加快功率輸出管的柵極充電速度或放電速度，以加強(qiáng)功率輸出管的轉(zhuǎn)換速率，增強(qiáng)功率輸出管的柵極驅(qū)動(dòng)能力，并且由于該功率管柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗很低，它能夠?qū)⒐β瘦敵龉軚艠O的極點(diǎn)推向更高的頻率處，所以環(huán)路的主極點(diǎn)位于輸出極點(diǎn)。對(duì)于沒(méi)有片外電容的應(yīng)用，這種低壓差線性穩(wěn)壓器非常適合于小電流負(fù)載應(yīng)用，或者尖峰電流很大而平均電流較小的應(yīng)用，尤其是那些要求有非?？焖俚乃矐B(tài)響應(yīng)的應(yīng)用，比如給DRAM(Dynamic Random Access Memory動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)模塊供電。同時(shí)，對(duì)于有較大負(fù)載電流的應(yīng)用，比如為大的數(shù)字模塊供電，可以加上一個(gè)片外電容，即可實(shí)現(xiàn)供電，該低壓差線性穩(wěn)壓器大大地降低了對(duì)片外電容ESR值的要求，這能夠?qū)ζ怆娙莸倪x擇帶來(lái)很大的便利性。
【附圖說(shuō)明】
[0030]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0031]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種單晶體管控制的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種具有折疊共源共柵的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的一種具有自適應(yīng)柵極驅(qū)動(dòng)的低壓差線性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖