一种低压差线性稳压电路的制作方法

本实用新型实施例涉及稳压器技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压电路。

背景技术：

低压差线性稳压电路(lowdropoutregulator，ldo)因具有面积小，自身功耗低，方案简单等优势被广泛应用到电子系统中。由于ldo功耗低的特点，导致ldo的相位裕度与带宽难以平衡。现有技术中经常采用米勒电容补偿方法改善相位裕度。一般情况下，采用米勒电容补偿相位裕度时，为了保证ldo的响应速度，米勒电容的电容值比较小，同时加入高阻值的米勒电阻来提高补偿效果。补偿过程中增加的电阻和米勒电容占用面积比较大，导致低压差线性稳压电路适用范围比较小。

技术实现要素：

本实用新型提供一种低压差线性稳压电路，增加了相位裕度和带宽，同时减小了补偿相位裕度和带宽时增加的元件占用的面积，提高补偿效果，进而提高了低压差线性稳压电路的适用范围。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种低压差线性稳压电路，包括输出电压调整单元、反馈单元、差动放大单元和补偿单元；

所述差动放大单元包括输入对称管，所述输入对称管包括第一对称管和第二对称管，所述第一对称管的控制端与所述差动放大单元的第一信号输入端电连接，所述第二对称管的控制端与所述差动放大单元的第二信号输入端电连接；所述第二对称管的第一端与所述差动放大单元的输出端电连接；

每一对称管均包括两个晶体管；其中，每一所述对称管中的晶体管的栅极电连接，作为所述对称管的控制端；一个所述晶体管的第一极与另一所述晶体管的第二极电连接，作为所述对称管的第二端；所述第二对称管的第二端与所述补偿单元的第一端电连接，所述补偿单元的第二端与所述低压差线性稳压电路的输出端电连接。

可选地，所述补偿单元包括补偿电容。

可选地，所述差动放大单元还包括第一晶体管、第二晶体管和电流源；

所述第一对称管包括第三晶体管和第四晶体管，所述第二对称管包括第五晶体管和第六晶体管；所述第三晶体管与所述第四晶体管的栅极电连接，并作为所述第一对称管的控制端；所述第三晶体管的第一极与所述第四晶体管的第二极电连接，所述第三晶体管的第二极与所述第一晶体管的第二极电连接；所述第四晶体管的第一极与所述电流源的第一端电连接；所述第五晶体管与所述第六晶体管的栅极电连接，并作为所述第二对称管的控制端；所述第五晶体管的第一极与所述第六晶体管的第二极电连接，并作为所述第二对称管的第二端；所述第五晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极电连接，并作为所述差动放大单元的输出端；所述第六晶体管的第一极与所述电流源的第一端电连接；所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的第二极电连接，所述第一晶体管和所述第二晶体管的第一极与所述低压差线性稳压电路的第一电源输入端电连接；所述电流源的第二端与所述低压差线性稳压电路的第二电源输入端电连接。

可选地，所述第三晶体管和所述第四晶体管相同，所述第五晶体管和所述第六晶体管相同。

可选地，所述电流源包括第七晶体管和第八晶体管；所述第七晶体管的第一极作为所述电流源的第一端，所述第七晶体管的第二极与所述第八晶体管的第一极电连接，所述第八晶体管的第二极与所述第二电源输入端电连接，所述第七晶体管和所述第八晶体管的栅极电连接，用于输入第一电平信号。

可选地，还包括上电开关单元；

所述上电开关单元的控制端用于输入上电开关信号，所述上电开关单元的输入端与所述低压差线性稳压电路的第一电源输入端电连接，所述上电开关单元的输出端与所述低压差线性稳压电路的输出端电连接。

可选地，所述上电开关单元包括上电开关晶体管和第一电阻；

所述上电开关晶体管的栅极作为所述上电开关单元的控制端，所述上电开关晶体管的第一极作为所述上电开关单元的输入端，所述上电开关晶体管的第二极与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端作为所述上电开关单元的输出端。

可选地，还包括钳位单元；所述钳位单元的第一端与所述低压差线性稳压电路的输出端电连接，所述钳位单元的第二端与所述低压差线性稳压电路的第二电源输入端电连接。

可选地，所述钳位单元包括多个级联的晶体管；

第一级的晶体管的第一极作为所述钳位单元的第一端，最后一级的晶体管的第二极作为所述钳位单元的第二端；每一级的晶体管的栅极与其第二极电连接，上一级的晶体管的第二极与下一级的晶体管的第一极电连接。

可选地，所述反馈单元包括第一分压电阻、第二分压电阻和第一电容；

所述第一分压电阻的第一端和所述第一电容的第一端电连接，作为所述反馈单元的输入端，所述第一分压电阻的第二端和所述第一电容的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端与所述低压差线性稳压电路的第二电源输入端电连接。

本实用新型实施例的技术方案，通过使差动放大单元中的输入对管中的每一对称管包括两个晶体管，并且第二对称管中两个晶体管电连接的第二端与补偿单元的第一端电连接，补偿单元的第二端与低压差线性稳压电路的输出端电连接。在低压差线性稳压电路工作时，第二对称管中与差动放大单元的输出端电连接的晶体管的等效输出阻抗很大，在补偿回路中可以等效为电阻和电容的串联，既可以实现米勒效应分裂极点的效果，还可以产生零点抵消次极点的影响，从而增大了低压差线性稳压电路的相位裕度。而且，第二对称管中与差动放大单元的输出端电连接的晶体管占用面积相对于大电阻的占用面积比较小，从而减小了低压差线性稳压电路的占用面积，增加了低压差线性稳压电路的适用范围。而且，通过第二对称管中与差动放大单元的输出端电连接的晶体管提供等效大阻抗，无需额外的电流偏置或电压偏置，因而不会增加额外的功耗。另外，由于第二对称管中与差动放大单元的输出端电连接的晶体管的等效输出阻抗很大，使得差动放大单元输出的驱动电流更多的分流至输出电压调整单元的控制端，带宽的量级与未增加电容的量级相当，因此保证了低压差线性稳压电路的带宽。而且分流支路中没有阻容器件影响电流的传输速率，从而可以使差动放大单元输出的驱动电流更快的传输至输出电压调整单元的控制端，提高了低压差线性稳压电路的响应速度。

附图说明

图1为现有的一种低压差线性稳压电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为现有的一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图1所示，低压差线性稳压电路包括差动放大电路101、输出晶体管102和反馈电路103。差动放大电路101的第一输入端vf1与反馈电路103的输出端电连接，用于输入反馈电压，放大电路102的第二输入端vref1用于输入参考电压。输出晶体管102的栅极与放大电路101的输出端电连接，放大电路101对反馈电压和参考电压作差放大后输出至输出晶体管102的栅极，控制输出晶体管102的压降，从而可以实现输出晶体管102输出稳定电压。示例性地，当输出晶体管102输出电压降低时，反馈电压降低，反馈电压与参考电压的差值增加，放大电路101输出的电压增加，使得输出晶体管102的驱动电流增加，输出晶体管102的压降减小，从而使输出电压升高。当输出晶体管102输出电压增加时，反馈电压增加，反馈电压与参考电压的差值减小，放大电路101输出的电压减小，使得输出晶体管102的驱动电流减小，输出晶体管102的压降增加，从而使输出电压降低。另外，低压差放大电路还包括米勒电容c0，米勒电容c0串联在输出晶体管102的栅极和源极之间，从而使得低压差线性稳压电路的主极点和次极点的差值增加，产生米勒电容分裂极点的效果。而且，在补偿过程中，在米勒电容c0的一端串联有电阻rc，增加了低压差线性稳压电路的低频零点，从而补偿低压差线性稳压电路的相位裕度，提高带宽。然而，为了补偿低压差线性稳压电路的相位裕度和带宽，增加的电阻rc和米勒电容c0耗费的面积很大，导致低压差线性稳压电路占用面积大，限制了低压差线性稳压电路的适用范围。

针对上述问题，本实用新型实施例提供了一种低压差线性稳压电路。图2为本实用新型实施例提供的一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图2所示，低压差线性稳压电路包括输出电压调整单元110、反馈单元120、差动放大单元130和补偿单元140；差动放大单元130包括输入对称管，输入对称管包括第一对称管131和第二对称管132，第一对称管131的控制端ctrl1与差动放大单元130的第一信号输入端vf电连接，第二对称管132的控制端ctrl2与差动放大单元130的第二信号输入端vref电连接；第二对称管132的第一端a1与差动放大单元130的输出端vout1电连接；每一对称管均包括两个晶体管；其中，每一对称管中的晶体管的栅极电连接，作为对称管的控制端；一个晶体管的第一极与另一晶体管的第二极电连接，作为对称管的第二端；第二对称管132的第二端a2与补偿单元140的第一端电连接，补偿单元140的第二端与低压差线性稳压电路的输出端vout电连接。

具体地，输出电压调整单元110的输入端与低压差线性稳压电路的第一电源输入端vdd电连接；差动放大单元130的第一信号输入端vf与反馈单元120的输出端电连接，差动放大单元130的输出端vout1与输出电压调整单元110的控制端电连接；反馈单元120的输入端和输出电压调整单元110的输出端与低压差线性稳压电路的输出端vout电连接。输出电压调整单元110可以为晶体管，反馈单元120和差动放大单元130形成反馈回路，通过反馈回路控制晶体管的压降，从而实现低压差线性稳压电路输出稳定电压。

差动放大单元130包括的第一对称管131和第二对称管132均包括两个晶体管。在低压差线性稳压电路工作时，第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管工作在饱和区，另一晶体管工作在线性区，使得第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管的等效输出阻抗很大。而第二对称管132的第二端a2与补偿单元140的第一端电连接，第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管和补偿单元140形成补偿回路，补偿单元140示例性地可以为电容。因此，在补偿回路中等效为电阻和电容的串联，既可以实现米勒效应分裂极点的效果，还可以产生零点抵消次极点的影响，从而增大了低压差线性稳压电路的相位裕度。在此基础上，第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管占用面积相对于大电阻的占用面积比较小，从而减小了低压差线性稳压电路的占用面积，增加了低压差线性稳压电路的适用范围。而且，通过第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管提供等效大阻抗，无需额外的电流偏置或电压偏置，因而不会增加额外的功耗。

另外，由于第二对称管132中与差动放大单元130的输出端vout1电连接的晶体管的等效输出阻抗很大，使得差动放大单元130输出的驱动电流更多的分流至输出电压调整单元110的控制端，带宽的量级与未增加电容的量级相当，因此保证了低压差线性稳压电路的带宽。而且分流支路中没有阻容器件影响电流的传输速率，从而可以使差动放大单元130输出的驱动电流更快的传输至输出电压调整单元110的控制端，提高了低压差线性稳压电路的响应速度。

示例性地，继续参考图2，差动放大单元130还包括第一晶体管t1、第二晶体管t2和电流源ia。第一对称管131包括第三晶体管t3和第四晶体管t4，第二对称管132包括第五晶体管t5和第六晶体管t6；第三晶体管t3与第四晶体管t4的栅极电连接，并作为第一对称管131的控制端ctrl1；第三晶体管t3的第一极与第四晶体管t4的第二极电连接，第三晶体管t3的第二极与第一晶体管t1的第二极电连接；第四晶体管t4的第一极与电流源ia的第一端电连接；第五晶体管t5与第六晶体管t6的栅极电连接，并作为第二对称管132的控制端ctrl2；第五晶体管t5的第一极与第六晶体管t6的第二极电连接，并作为第二对称管132的第二端a2；第五晶体管t5的第二极与第二晶体管t2的第二极电连接，并作为差动放大单元130的输出端vout1；第六晶体管t6的第一极与电流源ia的第一端电连接；第一晶体管t1和第二晶体管t2的栅极与第一晶体管t1的第二极电连接，第一晶体管t1和第二晶体管t2的第一极与低压差线性稳压电路的第一电源输入端vdd电连接；电流源ia的第二端与低压差线性稳压电路的第二电源输入端vss电连接。

具体地，在低压差线性稳压电路工作时，第五晶体管t5第二极的电位等于第一电源输入端vdd输入的电压减去第二晶体管t2的导通压降，第五晶体管t5第一极的电位和第六晶体管t6的第二极电位等于第二电压输入端vss输入的电压加上第六晶体管t6的导通压降。第一电源输入端vdd输入的电压可以为电源正电压，第二电压输入端vss输入的电压可以为电源负电压，因此第五晶体管t5的第一极和第二极之间的电压差很大，即第五晶体管t5工作在饱和区，可以等效为大阻抗。第五晶体管t5和补偿单元140形成的补偿回路包括等效的大阻抗和电容，从而可以实现米勒效应分裂极点的效果，还可以产生零点抵消次极点的影响，从而增大了低压差线性稳压电路的相位裕度，同时保证了带宽。

在上述技术方案的基础上，第三晶体管t3和第四晶体管t4相同，第五晶体管t5和第六晶体管t6相同。

具体地，第三晶体管t3和第四晶体管t4的沟道长度和宽度可以相等，第五晶体管t5和第六晶体管t6的沟道长度和宽度可以相等。在制作晶体管的过程中，可以将现有的差动放大中的输入对管中的晶体管等效为两个相同的晶体管，不仅可以降低工艺难度，而且两个相同的晶体管具有相同的性能，在对称管的第一极和第二极分别施加第一电源和第二电源时，更容易实现一个晶体管工作在饱和区，一个晶体管工作在线性区，从而实现低压差线性稳压电路中补偿回路具有很大的等效输出阻抗。

另外，需要说明的是，由于第一对称管131和第二对称管132构成输出对管，因此第一对称管131和第二对称管132需要相同，即第三晶体管t3、第四晶体管t4、第五晶体管t5和第六晶体管t6均可以相同。

继续参考图2，反馈单元120包括第一分压电阻rc1、第二分压电阻rc2和第一电容c1；第一分压电阻rc1的第一端和第一电容c1的第一端电连接，作为反馈单元120的输入端，第一分压电阻rc1的第二端和第一电容c1的第二端与第二分压电阻rc2的第一端电连接，第二分压电阻rc2的第二端与低压差线性稳压电路的第二电源输入端vss电连接。

具体地，第一分压电阻rc1和第二分压电阻rc2对低压差线性稳压电路的输出端vout输出的电压进行分压，然后反馈至差分放大单元130的第一信号输入端vf，与参考电压进行比较实现反馈调节。而第一分压电阻rc1的两端并联有第一电容c1，形成谐振电路，从而可以提高反馈单元120对低压差线性稳压电路输出的电压的响应速度。

图3为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图3所示，电流源ia包括第七晶体管t7和第八晶体管t8；第七晶体管t7的第一极作为电流源ia的第一端，第七晶体管t7的第二极与第八晶体管t8的第一极电连接，第八晶体管t8的第二极与第二电源输入端vss电连接，第七晶体管t7和第八晶体管t8的栅极电连接，用于输入第一电平信号vb。

具体地，第一电平信号vb的电平值不变，用于控制第七晶体管t7和第八晶体管t8的导通电流不变，从而可以为差动放大单元130提供恒定的电流。

图4为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图4所示，低压差线性稳压电路还包括上电开关单元150；上电开关单元150的控制端ctrl3用于输入上电开关信号，上电开关单元150的输入端与低压差线性稳压电路的第一电源输入端vdd电连接，上电开关单元的输出端与低压差线性稳压电路的输出端vout电连接。

具体地，上电开关信号用于控制上电开关单元150的导通状态。在低压差线性稳压电路上电之前，上电开关信号控制上电开关单元150导通，使得差动放大单元130、输出电压调整单元110和反馈单元120均处于被短路状态，避免低压差线性稳压电路误动作。在低压差线性稳压电路上电后，上电开关信号控制上电开关单元150截止，使得差动放大单元130、输出电压调整单元110和反馈单元120正常被供电，低压差线性稳压电路正常工作。

示例性地，上电开关单元150包括上电开关晶体管t51和第一电阻r1；上电开关晶体管t51的栅极作为上电开关单元150的控制端ctrl3，上电开关晶体管t51的第一极作为上电开关单元150的输入端，上电开关晶体管t51的第二极与第一电阻r1的第一端电连接，第一电阻r1的第二端作为上电开关单元150的输出端。图4中示例性地示出了上电开关晶体管t51为p型晶体管。在低压差线性稳压电路上电之前，上电开关信号为低电平，上电开关晶体管t51导通，避免低压差线性稳压电路误动作。在低压差线性稳压电路上电后，上电开关信号为高电平，上电开关晶体管t51截止，低压差线性稳压电路正常工作。其中，第一电阻r1可以用于限制上电开关单元150上的电流，避免上电开关晶体管t51被烧毁。

图5为本实用新型实施例提供的另一种低压差线性稳压电路的结构示意图。如图5所示，低压差线性稳压电路还包括钳位单元160；钳位单元160的第一端与低压差线性稳压电路的输出端vout电连接，钳位单元160的第二端与低压差线性稳压电路的第二电源输入端vss电连接。

具体地，钳位单元160具有钳位作用，用于限制低压差线性稳压电路的输出端vout输出的电压，防止输出电压过大引起低压差线性稳压电路输出电压的不稳定。

示例性地，钳位单元160包括多个级联的晶体管；第一级的晶体管的第一极作为钳位单元160的第一端，最后一级的晶体管的第二极作为钳位单元160的第二端；每一级的晶体管的栅极与其第二极电连接，上一级的晶体管的第二极与下一级的晶体管的第一极电连接。每一级的晶体管等效为二极管，当低压差线性稳压电路的输出端vout输出的电压过大时，晶体管导通，使得低压差线性稳压电路的输出端vout输出的电压流向第二电源输入端vss，从而限制了低压差线性稳压电路的输出端vout输出的电压，防止输出电压过大引起低压差线性稳压电路输出电压的不稳定。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。