驅(qū)動(dòng)大尺寸的功率管，增大功率管的柵極輸入電流，加快寄生電容的充放電速度。場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸入端，其中場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極接誤差放大電路的有源負(fù)載，場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極接誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管Mll的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M15的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的漏極相連后，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸出端并與功率管的柵極連接；場(chǎng)效應(yīng)管Mll的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M15的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端。
[0025]場(chǎng)效應(yīng)管M12為源極跟隨器，場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極接誤差放大電路的輸出端，將取樣電壓和基準(zhǔn)電壓Vref的差值再次放大。場(chǎng)效應(yīng)管Ml I的柵極接電流鏡場(chǎng)效應(yīng)管M9和MlO的柵極。場(chǎng)效應(yīng)管Mll為場(chǎng)效應(yīng)管M12提供偏置電流并作為場(chǎng)效應(yīng)管M12的有源負(fù)載。場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14與場(chǎng)效應(yīng)管M15和M16為兩對(duì)串聯(lián)的兩級(jí)反相器，其中場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14為前一級(jí)反相器，場(chǎng)效應(yīng)管M15和M16為后一級(jí)反相器，兩級(jí)反相器的輸入端接場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極輸出端，兩級(jí)反相器的輸出接功率管的柵極。
[0026]當(dāng)?shù)蛪翰罹€性穩(wěn)壓器輸出電壓Vout升高時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Mll工作在飽和區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管M12工作在線性區(qū)，通過場(chǎng)效應(yīng)管M12的電流動(dòng)態(tài)地增加，場(chǎng)效應(yīng)管Mll和M12的輸出電壓Vl近似為電源電壓。場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14構(gòu)成的前一級(jí)反相器的輸出電壓V2近似為零，場(chǎng)效應(yīng)管M15和M16構(gòu)成的后一級(jí)反相器的輸出電壓V3近似為電源電壓。場(chǎng)效應(yīng)管M13和M16截止，場(chǎng)效應(yīng)管M14和M15導(dǎo)通。由于場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵源電壓近似為電源電壓，場(chǎng)效應(yīng)管M15會(huì)產(chǎn)生大電流來驅(qū)動(dòng)功率管。同理，當(dāng)?shù)蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的輸出電壓Vout降低時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Mll和M12的輸出電壓Vl近似為零，場(chǎng)效應(yīng)管M13和M14構(gòu)成的前一級(jí)反相器的輸出電壓V2近似為電源電壓，場(chǎng)效應(yīng)管M15和M16構(gòu)成的后一級(jí)反相器的輸出電壓V3近似為零。場(chǎng)效應(yīng)管M14和M15截止，場(chǎng)效應(yīng)管M13和M16導(dǎo)通。由于場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵源電壓近似為電源電壓，場(chǎng)效應(yīng)管M13會(huì)產(chǎn)生大電流來驅(qū)動(dòng)功率管?？梢姡还艿蛪翰罹€性穩(wěn)壓器的輸出電壓Vout升高或降低時(shí)，轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路都會(huì)產(chǎn)生大電流來驅(qū)動(dòng)功率管，增加功率管的柵極輸入電壓，加快功率管寄生電容的充放電，確保輸出電壓變化時(shí)能快速達(dá)到穩(wěn)定，減小轉(zhuǎn)換時(shí)間，加快轉(zhuǎn)換速率。
[0027]上述取樣電阻電路由相串聯(lián)的取樣電阻Rl和R2構(gòu)成，其主要作用獲得取樣電壓。取樣電阻Rl和取樣電阻R2相連端形成取樣電阻電路的取樣輸出端Vf ;取樣電阻Rl的另一端形成取樣電阻電路的電源正端；取樣電阻R2的另一端形成取樣電阻電路的電源負(fù)端。
[0028]上述補(bǔ)償電路由內(nèi)部補(bǔ)償電路和外部補(bǔ)償電路構(gòu)成，其主要采用零極點(diǎn)補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ窒鳂O點(diǎn)，提高穩(wěn)定性。內(nèi)部補(bǔ)償電路由場(chǎng)效應(yīng)管Ms、電阻R3和電容Cl構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ms的柵極與功率管的柵極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的源極與功率管的源極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極經(jīng)電阻R3連接功率管的漏極；電容Cl的一端連接取樣電阻電路的取樣輸出端Vf，電容Cl的另一端連接場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極。外部補(bǔ)償電路由輸出電容CL和等效電阻ESR構(gòu)成；輸出電容CL和等效電阻ESR相串聯(lián)后，其一端形成穩(wěn)壓器本體的輸出端Vout，另一端形成穩(wěn)壓器本體的地端GND。由于低壓差線性穩(wěn)壓器中存在反饋網(wǎng)絡(luò)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)極點(diǎn)，一個(gè)在輸出端由電阻和電容構(gòu)成的主極點(diǎn)，一個(gè)由誤差放大電路輸出端的等效電阻和功率管的米勒電容構(gòu)成的次極點(diǎn)，因此采用補(bǔ)償電路來抵消輸出端的主極點(diǎn)，能夠有效提高低壓差線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。
[0029]當(dāng)LDO的輸出電壓Vout升高時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)將輸出電壓的一部分反饋到誤差放大電路的同相端，通過和輸入誤差放大電路反相端的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，兩者差值增加，誤差放大電路的輸出電壓減小，從而使串聯(lián)的功率管的柵極電壓減小，功率管的輸出電流減小，最終拉低輸出電壓；相反，當(dāng)LDO的輸出電壓Vout降低時(shí)，誤差放大電路的輸出電壓隨之升高，從而增大功率管的柵極電壓，增大功率管的輸出電流，最終抬升輸出電壓。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，包括穩(wěn)壓器本體，該穩(wěn)壓器本體包括誤差放大電路、功率管和取樣電阻電路，其特征在于:該穩(wěn)壓器本體還進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路；誤差放大電路的反相輸入端與基準(zhǔn)電壓相連，誤差放大電路的同相輸入端與取樣電阻電路的取樣輸出端相連，誤差放大電路的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路連接功率管的柵極；誤差放大電路的電源正端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端和功率管的源極相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸入端；功率管的漏極與取樣電阻的電源正端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸出端；誤差放大電路的電源負(fù)端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端和取樣電阻的電源負(fù)端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路由場(chǎng)效應(yīng)管Mll?M16構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸入端，其中場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極接誤差放大電路的有源負(fù)載端，場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極接誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管Mll的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M14的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的柵極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M15的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的漏極相連后，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的輸出端并與功率管的柵極連接；場(chǎng)效應(yīng)管Mll的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M13的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M15的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端；場(chǎng)效應(yīng)管M12的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M14的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M16的源極相連，形成轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:該穩(wěn)壓器本體還進(jìn)一步補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路與功率管和取樣電阻電路相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:補(bǔ)償電路包括內(nèi)部補(bǔ)償電路和外部補(bǔ)償電路； 內(nèi)部補(bǔ)償電路由場(chǎng)效應(yīng)管Ms、電阻R3和電容Cl構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ms的柵極與功率管的柵極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的源極與功率管的源極相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極經(jīng)電阻R3連接功率管的漏極；電容Cl的一端連接取樣電阻電路的取樣輸出端，電容Cl的另一端連接場(chǎng)效應(yīng)管Ms的漏極； 外部補(bǔ)償電路由輸出電容CL和等效電阻ESR構(gòu)成；輸出電容CL和等效電阻ESR相串聯(lián)后，其一端形成穩(wěn)壓器本體的輸出端，另一端形成穩(wěn)壓器本體的地端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:誤差放大電路由場(chǎng)效應(yīng)管Ml?MlO構(gòu)成；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極形成誤差放大電路的反相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極形成誤差放大電路的同相輸入端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極連接場(chǎng)效應(yīng)管M3的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極相連后，形成誤差放大電路的輸出端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M6的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極相連；場(chǎng)效應(yīng)管M9的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的柵極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的柵極相連后，形成誤差放大電路的有源負(fù)載端；場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M9的源極和場(chǎng)效應(yīng)管MlO的源極相連后，形成誤差放大電路的電源正極；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M7的源極和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極相連后，形成誤差放大電路的電源負(fù)極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其特征在于:取樣電阻電路由相互串聯(lián)的取樣電阻Rl和取樣電阻R2構(gòu)成；取樣電阻Rl和取樣電阻R2相連端形成取樣電阻電路的取樣輸出端；取樣電阻Rl的另一端形成取樣電阻電路的電源正端；取樣電阻R2的另一端形成取樣電阻電路的電源負(fù)端。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種快速瞬態(tài)響應(yīng)CMOS低壓差線性穩(wěn)壓器，其誤差放大電路的反相輸入端與基準(zhǔn)電壓Vref相連，誤差放大電路的同相輸入端與取樣電阻電路的取樣輸出端Vf相連，誤差放大電路的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路連接功率管的柵極；誤差放大電路的電源正端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源正端和功率管的源極相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸入端Vin；功率管的漏極與取樣電阻的電源正端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的輸出端Vout；誤差放大電路的電源負(fù)端、轉(zhuǎn)換速率增強(qiáng)電路的電源負(fù)端和取樣電阻的電源負(fù)端相連后，形成穩(wěn)壓器本體的地端GND。本實(shí)用新型具有較高的轉(zhuǎn)換速率和瞬態(tài)響應(yīng)。
【IPC分類】G05F1-56
【公開號(hào)】CN204515576
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520164062
【發(fā)明人】韋保林, 李媛媛, 韋雪明, 徐衛(wèi)林, 段吉海
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月23日