一種功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種線性穩(wěn)壓器，特別涉及一種功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓差線性穩(wěn)壓器通常集成在芯片中為電路提供精確、穩(wěn)定的供電電壓。線性穩(wěn)壓器通常要求在不同供電電壓下均能可靠工作，因此其電路結(jié)構(gòu)本身必須適應(yīng)很寬的電壓范圍。此外作為供電電源，其輸出電流有著很寬的變化范圍(空載一數(shù)百毫安)。對應(yīng)的等效輸出負(fù)載從幾兆歐一直變化到十幾歐，從低壓差線性穩(wěn)壓器的反饋環(huán)路看，其輸出極點的位置會變化四五個數(shù)量級，給環(huán)路穩(wěn)定性設(shè)計帶來很大的挑戰(zhàn)。為了確保穩(wěn)定性，通常的做法是在輸出端并聯(lián)一個很大的電容，將輸出極點拉到足夠低的位置，直到在最小負(fù)載情況下反饋環(huán)路的單位增益頻率仍低于環(huán)路第二個極點的位置。但后果是并聯(lián)的大電容(通常是數(shù)十至數(shù)百UF)嚴(yán)重限制了環(huán)路帶寬，對干擾和電源波動的抑制能力也有所下降。另一種方法是使用緩沖器(通常是源跟隨器)來隔離誤差放大器和驅(qū)動管，以提高第二，第三極點的位置，即使主極點(輸出極點)的位置發(fā)生很大的變化，次極點的位置仍大于單位增益頻率。但是這樣做的主要缺點是要實現(xiàn)較高的次極點位置，需要很大的電流來驅(qū)動這些緩沖器，直接導(dǎo)致了低壓差線性穩(wěn)壓器的高功耗。為了提高能效，需要設(shè)計出具有更高電流效率的緩沖器，在較低的偏置電流下即可實現(xiàn)很低的輸出電阻。
[0003]另一種更加高效的方式是采用自適應(yīng)頻率補償技術(shù)，即次極點位置根據(jù)主極點的變化而做相應(yīng)的改變，在主極點位置較低時，只需要較低的電流便可以實現(xiàn)保證次極點大于單位增益頻率。而在輸出大電流即負(fù)載較低時，對緩沖器注入額外電流，使得次極點與主極點以相同的速度增加，繼續(xù)保證環(huán)路的穩(wěn)定性。自適應(yīng)頻率補償技術(shù)由于其高電流利用率以及靈活的帶寬調(diào)節(jié)方式在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界獲得了廣泛的應(yīng)用。為實現(xiàn)自適應(yīng)頻率補償，帶有自動電流追蹤和調(diào)節(jié)功能的電流緩沖器的設(shè)計顯得十分關(guān)鍵。傳統(tǒng)的緩沖器電路通常在結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，往往在電源和地之間層疊了較多的晶體管數(shù)目。然而隨著集成電路內(nèi)核供電電壓不斷降低，線性穩(wěn)壓器也需要工作在較低的供電電壓下，此時傳統(tǒng)緩沖器結(jié)構(gòu)將無法繼續(xù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種適用于低供電電壓、寬驅(qū)動范圍的應(yīng)用場合，并具有自適應(yīng)電流調(diào)節(jié)功能的線性穩(wěn)壓器，可保證在任何驅(qū)動電流情況下的頻率穩(wěn)定性。
[0005]技術(shù)方案:一種功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器，包括第一至第九PMOS管、第一至第三NMOS管，第一至第四電阻、第一電容、第二電容以及參考電流源；其中，所述第一 PMOS管的柵極和漏極接參考電流源的正極，其源極接外部電源，參考電流源的負(fù)極接地；第二 PMOS管的源極接外部電源，其柵極接第一 PMOS管的柵極，其漏極接第三PMOS管以及第四PMOS管的源極；第三PMOS管的柵極接外部參考電壓，其漏極接第一 NMOS管的柵極和漏極；第四PMOS管的漏極接第二 NMOS管的漏極；第二 NMOS管的柵極接第一 NMOS管的柵極，第一 NMOS管和第二 NMOS管的源極接地；第三NMOS管的柵極接第二 NMOS管的漏極，其源極接地，其漏極接第五PMOS管的漏極；第五PMOS管的源極接第一電阻的一端，第一電阻的另一端接外部電源；第七PMOS管的柵極接第三NMOS管的漏極與第二電阻的一端，第二電阻的另一端接第二電容的一端，第二電容的另一端接地；第七PMOS管的漏極接地，其源極接第五PMOS管的柵極以及第六PMOS管的漏極；第六PMOS管的柵極接第一 PMOS管的柵極，其源極接外部電源；第八PMOS管的源極接外部電源，其漏極和柵極接第七PMOS管的源極；第九PMOS管的源極接電源，其柵極接第七PMOS管的源極，第九PMOS管的漏極接第三電阻的一端，第三電阻的另一端接第四電阻的一端以及第四PMOS管的柵極，第四電阻的另一端接地；第九PMOS管的漏極為輸出電壓節(jié)點，第一電容的一端接VOUT，第一電容的另一端接地。
[0006]有益效果:本發(fā)明的一種功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器，通過在誤差放大器與功率驅(qū)動管之間設(shè)置自適應(yīng)緩沖器，在不同驅(qū)動電流的情況下適時改變該緩沖器的偏置電流，在實現(xiàn)更高能效的同時滿足所有負(fù)載條件下的頻率穩(wěn)定性。該緩沖器結(jié)構(gòu)簡單，具有很低的靜態(tài)功耗以及較寬的阻抗變化范圍，可滿足最大200mA的輸出電流。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)圖；
[0008]圖2為本發(fā)明的線性穩(wěn)壓器最大電流驅(qū)動和空載情況下環(huán)路增益幅頻特性波特圖；
[0009]圖3為環(huán)路相位裕度隨驅(qū)動電流變化的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0011 ] 如圖1所示，一種功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器由誤差放大器、電流自適應(yīng)緩沖器以及驅(qū)動電路及反饋電阻組成。當(dāng)該線性穩(wěn)壓器處于空載或低輸出電流模式，緩沖器偏置在較低的電流下，在滿足足夠相位裕度的同時保證了較低的靜態(tài)功耗。而當(dāng)線性穩(wěn)壓器驅(qū)動電流較大時，緩沖器通過電流鏡將一部分驅(qū)動電流復(fù)制并注入到緩沖器的偏置電流中，降低了緩沖器的高頻輸出阻抗并將環(huán)路的次極點推高，保證了環(huán)路的單位增益頻率始終低于次極點的二分之一。具體電路拓?fù)潢P(guān)系為:
[0012]功耗自適應(yīng)線性穩(wěn)壓器包括第一至第九PMOS管PMl?PM9、第一至第三NMOS管匪I?匪3，第一至第四電阻Rl?R4、第一電容Cl、第二電容C2以及參考電流源IDC1。其中，第一 PMOS管PMl的柵極和漏極接參考電流源IDCl的正極，參考電流源IDCl的負(fù)極接地。第二 PMOS管PM2的源極接外部電源，其柵極接第一 PMOS管PMl的柵極，其漏極接第三PMOS管PM3以及第四PMOS管PM4的源極。第三PMOS管PM3的柵極接外部參考電壓VREF，其漏極接第一 NMOS管匪1的柵極和漏極。第四PMOS管PM4的漏極接第二 NMOS管匪2的漏極。第二 NMOS管NM2的柵極接第一 NMOS管NMl的柵極，第一 NMOS管NMl和第二 NMOS管NM2的源極接地。第三NMOS管NM3的柵極接第二 NMOS管NM2的漏極，其源極接地，其漏極接第五PMOS管PM