一种放大电路、线性稳压电路及电子装置的制作方法

1.本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种可提升目标电压建立速度和节省功耗的放大电路、线性稳压电路及电子装置。


背景技术：

2.随着消费类电子产品的发展与进步，对电子系统也提出了更高的要求。电子系统中，从外围供电电源到芯片内部的供电都需要通过芯片内部的相关模块来实现降压或者是增强电源的稳定性等问题。低压差线性稳压电路(low dropout regulator，简称ldo)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。ldo的本质是利用带隙基准产生的稳定电压和负反馈控制环路得到一个基本不随环境变化的输出电压，同时又能够提供较大的带载能力。
3.随着片内电路的日益复杂，电源电压逐步降低，对线性稳压电路的性能要求也在不断提高。在实际的ldo电路设计中，由于偏置电压建立需要较长的时间，影响误差放大器的响应速度，这会导致输出电压需要较长时间才能稳定到目标值，使得ldo的建立速度等受到影响。基于性能的考虑误差放大器通常需要较大的偏置电流，这会导致ldo自身的功耗较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种放大电路、线性稳压电路及电子装置，可以提升线性稳压电路的目标电压的建立速度和节省功耗。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种放大电路。该放大电路包括：第一输入管、第二输入管、第一偏置单元以及第二偏置单元。其中，在第一时间，所述第一偏置单元和所述第二偏置单元共同为所述第一输入管和所述第二输入管提供偏置电流，在第二时间，所述第二偏置单元停止提供偏置电流，所述第一偏置单元继续为所述第一输入管和所述第二输入管提供偏置电流。
6.在一些实施例中，所述第一偏置单元包括电流源。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种线性稳压电路。该线性稳压电路包括：调整管、反馈单元、误差放大模块、以及第二偏置单元。误差放大模块包括第一输入管、第二输入管、以及第一偏置单元。其中，在所述线性稳压电路启动阶段，所述第一偏置单元和所述第二偏置单元共同为所述第一输入管和所述第二输入管提供偏置电流，并在所述线性稳压电路的输出电压建立到目标值时，所述第二偏置单元停止提供偏置电流。
8.在一些实施例中，所述第一偏置单元为电流源。
9.在一些实施例中，所述第二偏置单元包括晶体管，所述晶体管用于产生偏置电流；在所述线性稳压电路启动阶段，所述晶体管的栅极接收第二偏置电压以产生偏置电流；在所述输出电压建立到目标值时，所述晶体管关断。
10.在一些实施例中，所述第二偏置单元包括：晶体管、电容、第一开关以及第二开关。
所述晶体管用于产生偏置电流。所述电容和所述第二开关并联在所述晶体管的栅极和源极。所述第一开关设置在所述晶体管的栅极与电源电压端之间。其中，在所述线性稳压电路启动阶段前，所述第一开关导通，所述第二开关断开，所述电容充电；在所述线性稳压电路启动阶段，所述第一开关断开，所述第二开关断开；在所述输出电压建立到目标值时，所述第一开关断开，所述第二开关导通。
11.在一些实施例中，在所述线性稳压电路启动阶段，所述晶体管工作在饱和区。
12.在一些实施例中，所述第二偏置单元包括：电流源、电流镜、第三开关和第四开关；所述电流镜的输入端经由所述第三开关接收所述电流源提供的电流；所述第四开关设置在所述电流镜的输出管的栅极和公共电压端之间。在所述线性稳压电路启动阶段，所述第三开关导通，所述第四开关断开；在所述输出电压建立到目标值时，所述第三开关断开，所述第四开关导通。
13.为实现上述目的，本发明提供了一种包括上述线性稳压电路的电子装置。
14.在一些实施例中，电子装置为非易失性存储器。
15.本发明的线性稳压电路的误差放大器采用第一偏置单元和第二偏置单元作为偏置。在所述线性稳压电路启动阶段，通过第一偏置单元、第二偏置单元共同为误差放大模块的两输入管提供偏置电流，提升了误差放大模块的响应调节速度；当所述线性稳压电路的输出电压调节到目标值附近时，控制第二偏置单元停止提供偏置电流，进一步降低了线性稳压电路正常工作时的功耗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为现有的放大器的电路图；
18.图2为本发明一实施例的放大电路的电路图；
19.图3为本发明另一实施例的放大电路的电路图；
20.图4为本发明一实施例的线性稳压电路的电路图；
21.图5为图4中线性稳压电路的时序图；
22.图6为本发明另一实施例的第二偏置单元的电路图；
23.图7为本发明又一实施例的第二偏置单元的电路图；
24.图8为本发明电子装置的架构示意图。
具体实施方式
25.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。本发明的说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”“第二”“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
27.图1是现有的放大器的电路图。现有的放大器通常包括输入对管mn1和mn2，以及电流源11。电流源11为输入对管mn1和mn2提供偏置电流。示例性的电流源11包括晶体管mn3和晶体管mn4，晶体管mn3的栅极和漏极都连接偏置电压vbias，晶体管mn4的栅极连接晶体管mn3的栅极，偏置电压vbias使晶体管mn4工作在饱和区。放大器的响应速度取决于偏置电流的大小以及电流源的建立速度。如果偏置电流太小或偏置电压vbias的建立时间较长，放大器的响应速度较低。如果增大偏置电流，会增加放大电路的功耗。
28.图2为本发明一实施例的放大电路的电路图。如图2所示，本实施例放大电路10包括：第一输入管mn1、第二输入管mn2、第一偏置单元11以及第二偏置单元12。在第一时间，所述第一偏置单元11和所述第二偏置单元12共同为所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2提供偏置电流；在第二时间，所述第二偏置单元12停止提供偏置电流，所述第一偏置单元11继续为所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2提供偏置电流。在一些实施例中，第一偏置单元11例如为电流源，第一时间为电流源的建立时间。电流源的建立时间是指电流源上电后到稳定地提供额定电流的时间。在第一偏置单元11的建立时间，第一偏置单元11和第二偏置单元12共同为所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2提供偏置电流。在第一偏置单元11能够稳定提供额定电流后，第二偏置单元12停止提供偏置电流，第一偏置单元11继续提供偏置电流。第一偏置单元11例如为主偏置单元，第二偏置单元12例如为辅偏置单元。
29.具体地，所述放大电路10的第一输入管mn1和第二输入管mn2为差分输入对管。第一输入管mn1的栅极和第二输入管mn2的栅极接收差分输入电压。或者，如图2所示，第一输入管mn1的栅极接收输入电压vin，第二输入管m2的栅极接收参考电压vref，放大电路10用作比较器。在本实施例中，所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2均采用nmos管。所述第一输入管mn1的栅极接收输入电压vin，其漏极电连接至节点q1，其源极电连接至节点q2。所述第二输入管mn2的栅极接收参考电压vref，其漏极电连接至一输出节点q3，其源极电连接至所述节点q2。所述第一偏置单元11以及所述第二偏置单元12并联在节点q2和公共电压端vss之间。
30.在本实施例中，所述放大电路10还包括电流镜13，所述电流镜13用于复制所述第一输入管mn1的电流。当所述第一输入管mn1的电流大于所述第二输入管mn2的电流时，输出节点q3为高电平；当所述第一输入管mn1的电流小于所述第二输入管mn2的电流时，输出节点q3为低电平。具体地，在本实施例中，所述电流镜13包括第一pmos管mp1与第二pmos管mp2。所述第一pmos管mp1的栅极和漏极电连接至节点q1，其源极电连接至电源电压端vcc。所述第二pmos管mp2的栅极电连接至节点q1，其源极电连接至电源电压端vcc，其漏极电连接至输出节点q3。
31.在本实施例中，所述第一偏置单元11包括第一电流源；所述第一电流源接收偏置电压vbias，并生成提供至所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2的偏置电流。在本实施例中，所述第一电流源包括晶体管mn3与晶体管mn4。具体地，晶体管mn3与晶体管mn4均采用
nmos管。所述晶体管mn3的栅极和漏极连接偏置电压vbias的提供端，晶体管mn3的源极电连接至公共电压端vss。晶体管mn4的栅极与所述晶体管mn3的栅极电连接，晶体管mn4的源极电连接至公共电压端vss，晶体管mn4的漏极电连接至节点q2。偏置电压vbias使晶体管mn4工作在饱和区以产生偏置电流。可选地，晶体管mn3的漏极和偏置电压vbias的提供端之间还设置有电阻。需要说明的是，在其它实施例中，所述第一偏置单元11可以包括电流源和电流镜，电路镜将电流源产生的电流镜像到节点q2。
32.在一些实施例中，所述第二偏置单元12采用电流源，该电流源设置为在第一时间之前能够稳定提供额定电流，即第二偏置单元12在第一时间之前已经建立好。第二偏置单元12在第一时间为所述第一输入管mn1和所述第二输入管mn2提供偏置电流，在第二时间停止提供偏置电流。第二偏置单元12的电流源的控制信号可由控制器提供。
33.在一些实施例中，第二偏置单元12包括设置在节点q2和公共电压端vss之间的晶体管，晶体管的栅极接收控制信号。在控制信号的作用下，晶体管在第一时间工作在饱和区，为第一输入管mn1、第二输入管mn2提供偏置电流，晶体管在第二时间截止。
34.图3为本发明另一实施例的放大电路的电路图。在图3所示的实施例中，第二偏置单元12包括设置在节点q2和公共电压端vss之间的晶体管mn5。晶体管mn5例如为nmos，晶体管mn5的漏极连接节点q2。第二偏置单元12还包括：电容c，开关sw1和开关sw2。电容c和开关sw2并联在晶体管mn5的栅极和源极之间。开关sw1设置在晶体管mn5的栅极和电源电压端vcc之间。在第一时间之前，开关sw1导通，开关sw2断开，电容c被充电，晶体管mn5的栅极的电位升高。通过控制开关sw1导通的时间，可以控制晶体管mn5的栅极的电位升高到预定电位。例如，可以将晶体管mn5的栅极的电位控制在电源电压vcc。在第一时间内，第一偏置单元11开始工作，并提供电流，开关sw1和开关sw2都断开，电容c将晶体管mn5的栅极和源极维持预定的电压差。在第二时间，开关sw1断开，开关sw2导通，电容c放电，晶体管mn5截止，第一偏置单元11单独为第一输入管mn1、第二输入管mn2提供偏置电流。通过增加第二偏置单元12，第二偏置单元12在第一偏置单元11的建立时间内提供偏置电流，提高了放大电路的响应速度。
35.本发明还提供一种线性稳压电路，所述线性稳压电路包括上述放大电路10。
36.请参阅图4，其为本发明线性稳压电路一实施例的电路图。如图4所示，本实施例线性稳压电路20包括：误差放大模块21，调整管mp0，反馈单元25。线性稳压电路20的输出端连接负载电容cl以及负载电阻rl。
37.反馈单元25用于接收输出电压vout，并生成与输出电压vout成比例的反馈电压vfb，提供至所述误差放大模块21。所述误差放大模块21用于接收与输出电压vout成比例的反馈电压vfb，与一参考电压vref进行比较，将比较所得差值进行放大后输出误差放大结果到调整管mp0的栅极。所述调整管mp0响应施加在其栅极的误差放大结果，最终将所述输出电压vout稳定在目标值。
38.具体地，反馈单元25可以由串联的电阻r1与电阻r2构成。电阻r1的一端连接输出电压vout，电阻r2的一端电连接至公共电压端vss。电阻r1与电阻r2的连接端作为所述反馈单元25的反馈输出端fb，输出与所述输出电压vout成比例的反馈电压vfb。
39.误差放大模块21包括第一输入管mn1、第二输入管mn2、第一偏置单元，以及由晶体管mp1和晶体管mp2组成的电流镜。第一输入管mn1和第二输入管mn2为差分输入对管。在本
实施例中，第一输入管mn1和第二输入管mn2均采用nmos管。第一输入管mn1的栅极接收反馈电压vfb，其漏极电连接至节点q1。第二输入管mn2的栅极用于接收参考电压vref，其漏极电连接至一输出节点q3。第一输入管mn1的源极和第二输入管mn2的源极共同电连接至所述节点q2。输出节点q3连接调整管mp0的栅极。由晶体管mp1和晶体管mp2组成的电流镜用于复制所述第一输入管mn1的电流。在图4所示的实施例中，晶体管mp1和晶体管mp2均为pmos。晶体管mp1的栅极电连接至节点q1，其源极电连接至电源电压端vcc，其漏极电连接至节点q1。晶体管mp2的栅极电连接至节点q1，其源极电连接至电源电压端vcc，其漏极电连接至输出节点q3。
40.第一偏置单元例如为电流源i。电流源i接收第一偏置电压vbias1，并生成偏置电流提供至节点q2，所述偏置电流的方向为从节点q2到公共电压端vss。电流源i包括晶体管mn3与晶体管mn4。具体地，晶体管mn3与晶体管mn4均采用nmos管。晶体管mn3的栅极与其漏极短接后用于接收第一偏置电压vbias1，其源极电连接至公共电压端vss。晶体管mn4的栅极与晶体管mn3的栅极电连接，其源极电连接至公共电压端vss，其漏极电连接至节点q2。其中，将第一偏置电压vbias1提供至电流源i时，所述线性稳压电路开始启动。需要说明的是，在其它实施例中，误差放大模块21也可以包括第一电流源i和电流镜，电流镜将电流源i产生的电流镜像到节点q2。
41.线性稳压电路20还包括第二偏置单元23。在线性稳压电路20的启动阶段，第一偏置单元和第二偏置单元23共同为第一输入管mn1和第二输入管mn2提供偏置电流。在所述线性稳压电路的输出电压vout建立到目标值时，第二偏置单元23停止提供偏置电流。其中，输出电压vout的目标值即为所述线性稳压电路对外供电的电压。
42.如图4所示，在本实施例中，第二偏置单元23包括：晶体管mn5、电容c、第一开关sw1以及第二开关sw2。晶体管mn5设置在节点q2和公共电压端vss之间。电容c和第二开关sw2并联在晶体管mn5的栅极和公共电压端vss之间。电容c的第一端和第二开关sw2的第一端电连接在所述晶体管mn5的栅极，电容c的第二端和第二开关sw2的第二端电连接公共电压端vss。第一开关sw1设置在电容c的第一端与电源电压端vcc之间。
43.图5是本实施例的线性稳压电路的时序图。如图5所示，在所述线性稳压电路启动前，控制信号使第一开关sw1导通，第二开关sw2断开，电容c充电使得晶体管mn5的栅极的电位升高到预定电位，例如vcc。该预定电位例如使晶体管mn5工作在饱和区，因此晶体管mn5能够提供稳定的偏置电流。线性稳压电路20使能后，先后进入第一时间t1和第二时间t2。第一时间t1为线性稳压电路20的启动阶段。在一些实施例中，第一时间t1为线性稳压电路20的建立时间，线性稳压电路20的建立时间为从线性稳压电路20启动到线性稳压电路20的输出电压建立到目标值所需的时间。在第一时间t1，控制信号使第一开关sw1断开，第二开关sw2继续保持断开。在第一时间t1，电容c使得晶体管mn5的栅极维持预定电位，晶体管mn5提供偏置电流。在第一时间t1的开始时刻，第一偏置电压vbias1提供至第一偏置单元，即电流源i。在第一时间t1的结束时刻，线性稳压电路20的输出电压建立到目标值，第二时间t2开始。在第二时间t2，第二偏置单元23停止提供偏置电流，电流源i继续提供偏置电流。控制信号使第一开关sw1继续断开，第二开关sw2导通，电容c放电，晶体管mn5的栅极的电位变为vss，晶体管mn5断开。第一开关sw1与第二开关sw2可以为电子开关或晶体管，该晶体管也可以为mos管、三极管，或其它具有开关性质的晶体管。
44.图6为本发明另一实施例的第二偏置单元的电路图。如图6所示，第二偏置单元23包括晶体管mn5。在本实施例中，晶体管mn5采用nmos管，晶体管mn5的一端电连接节点q2，另一端电连接公共电压端vss。在其它实施例中，晶体管mn5也可以采用其它形式的晶体管，例如pmos管，并对其接入电路的方式做适应性调整即可。第一时间t1，第二偏置电压vbias2提供到晶体管mn5的栅极；在第二时间t2，停止提供第二偏置电压vbias2到晶体管mn5的栅极。在线性稳压电路的输出电压目标值的建立阶段，通过增设第二偏置单元23，实现了线性稳压电路的输出电压目标值的快速建立。线性稳压电路的输出电压目标值建立后，第二偏置单元23不再提供偏置电流，降低了线性稳压电路的功耗。在一些实施例中，第二偏置单元23还包括电阻r5，电阻r5电连接在所述晶体管mn5的源极与公共电压端vss之间，用于调节流过晶体管mn5的电流大小。
45.图7为本发明又一实施例的第二偏置单元的电路图。如图7所示，第二偏置单元23包括电流源ibias和电流镜。在第一时间t1，电流源ibias产生的偏置电流通过电流镜提供到节点q2；在第二时间t2，电流源ibias产生的偏置电流停止提供到节点q2。电流镜例如包括晶体管mn6和mn7，第二偏置单元23还包括第三开关sw3和第四开关sw4。第三开关sw3和第四开关sw4的控制信号可由控制器提供。第三开关sw3设置在电流镜的输入端和电流源ibias的输出端之间。电流镜的输入端经由第三开关sw3接收电流源ibias提供的电流。第四开关sw4设置在所述电流镜的输出管mn7的栅极和公共电压端vss之间。在第一时间t1，第三开关sw3导通，第四开关sw4断开，电流镜将电流源ibias提供的电流镜像到节点q2。在所述输出电压vout建立到目标值后，即在第二时间t2，第三开关sw3断开，第四开关sw4导通。第三开关sw3和第四开关sw4可以为电子开关或晶体管，该晶体管也可以为mos管、三极管，或其它具有开关性质的晶体管。
46.本实施例线性稳压电路，在原有电路基础上增加了第二偏置单元；在所述线性稳压电路启动阶段，通过第一偏置单元、第二偏置单元共同为误差放大模块的两输入管提供偏置电流，提升了误差放大模块的响应速度；当所述线性稳压电路的输出电压调节到目标值附近时，控制第二偏置单元停止提供偏置电流，进一步降低了线性稳压电路正常工作时的功耗。
47.在上述各个实施例中，对不同实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。上述所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得所有其他实施例，除本发明实施例提到的与本发明实施例方案一致的此类设计，都属于本发明保护的范围。
48.基于同一发明构思，本发明还提供了一种电子装置。
49.请参阅图8，其为本发明电子装置的架构示意图。所述电子装置80包括线性稳压电路81。电子装置80还包括用于产生该线性稳压电路81所需开关控制信号的控制器。该线性稳压电路81例如为上述实施例中的线性稳压电路，在此不再赘述。因此，所述电子装置80也可以在所述线性稳压电路启动阶段，通过第一偏置单元、第二偏置单元共同为误差放大模块的两输入管提供偏置电流，提升了误差放大模块的响应调节速度；当所述线性稳压电路的输出电压调节到目标值附近时，控制第二偏置单元停止提供偏置电流，进一步降低了线性稳压电路正常工作时的功耗。
50.所述电子装置80例如为非易失性存储器或者易失性存储器。非易失性存储器是指断电后仍能保持数据，即断电之后所存储的数据不会丢失的一种存储器。非易失性存储器例如是闪存(flash memory)、相变随机存取存储器(pram)、磁随机存取存储器(mram)、电阻式随机存取存储器(rram)。闪存例如包括nor闪存(nor flash memory)和nand闪存(nand flash memory)。易失性存储器例如包括动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)。
51.可以理解的是，为了清楚的目的，上面已经参照单个处理逻辑描述了本发明的实施例。然而，本发明构思同样可以通过多个不同的功能单元和处理器来实现，以提供信号处理功能。因此，对特定功能单元的引用仅被视为对用于提供所描述功能的合适手段的引用，而不是指示严格的逻辑或物理结构或组织。
52.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。