影响。【背景技术】[0004]中已经讲到：当Co减小为IOOpF量级时，未采取任何瞬态响应 补偿措施的片上LDO将无法达到快速响应负载电流变化的指标要求。
[0026] 图3示出了本实用新型的用于图2中片上电容LDO的功率管栅极放电通路的实施 例。放电通路主要由上、下电流源II，放大电路AMP1，反馈NMOS管Mf和耦合电容Ccl构 成。由于NMOS管Mf的源极为低阻抗输入节点，电容Ccl采样到的反映 LDO输出端电压瞬 态变化的电流能够完全通过NMOS管Mf并到达功率管的栅极，而且不会通过Ccl形成从功 率管栅极到LDO的输出的前馈通路。当负载电流向上突变时，采样电容Ccl采样到输出电 压的减小，从而导致NMOS管的源极电压减小，NMOS管Mf的栅源电压VGS的增大立刻引起 电流的变化，形成对功率管栅极的大的瞬间放电电流。因此采样电路和耦合电路结合形成 的反馈通路的延迟非常小，可以构成快速的单向反馈通路，使功率管的栅电压迅速响应LDO 输出的变化。该结构中，偏置电流Il和共栅连接的MOS管Mf的尺寸影响负载电流向上跳 变时的瞬态响应：偏置电流Il越大，放电电流越大，瞬态响应越快;MOS管Mf的尺寸越大， 足够小的过驱动电压就可以产生很大的瞬间电流，瞬态响应越快。放大电路AMPl对应图2 中NMOS管Mb和电流源lb。为了进一步增大瞬态电流，本实用新型采用负反馈方法，增大 NMOS管Mf的过驱动电压，增大瞬态放电电流。当采样电容Ccl采样到输出电压的下降时， 运放使得NMOS管Mf栅极电压升高，从而使得NMOS管Mf栅源电压VGS进一步增大，从而在 相同的MOS管尺寸的条件下，增大从功率管栅极到LDO输出端的瞬间放电电流。另一方面 讲，负反馈增大了 NMOS管的等效跨导，减小了节点￥、的等效输入阻抗，加快了瞬态响应。
[0027] 图4示出了本实用新型的用于图2中片上电容LDO的功率管栅极充电通路的实施 例。充电通路主要由电流源12,电流镜像单元Mcl、Mc2和Mc3、Mc4,以及耦合电容Cc2构 成。当负载电流向下突变时，利用采样电容Cc2感应输出电压的上升并转化为电流，该电流 经过电流镜结构倍乘放大后作为功率管栅极的充电电流，实现快速瞬态响应的目的。此时， 由于NMOS管Mf已关闭，放电通路不起作用。
[0028] 图2所述瞬态响应增强型片上电容LDO电路包括一个功率管。所述功率管可以工 作在饱和区或者线性区。当负载电流较大时，允许功率管工作在线性区，有两大好处：其一， 压差较小，转换效率高；其二，工作在线性区的功率管可以使用较小的宽长比，其栅极电容 可以较小，从而更容易提高瞬态响应特性。
[0029] 图5是本实用新型的用于图2中瞬态响应增强型片上电容LDO电路的交流小信号 等效电路。假设Rout为功率管的源漏电阻、反馈电阻以及负载阻抗并联后的等效电阻值， Cint是LDO的输出电容，g 为充电通路中NMOS管Mcl的跨导，g #为功率管的跨导，R i为前 一级的等效输出阻抗，Kc为充电通路中电流镜像单元的电流放大比例系数。经推导和简化， 本实用新型的环路传递函数如下。
[0031] 图6是本实用新型的用于图2中瞬态响应增强型片上电容LDO电路的交流小信号 零极点分布图。由环路传递函数和零极点分布图可以看出，由于电容倍乘和密勒补偿的作 用，极点Pl和P2被分得很开，而且左半平面零点Z2和极点P2位置很近，其作用可以相互 抵消，由于左半平面的零点Zl位于高频，能一定程度上改善LDO的相位裕量。采用本实用 新型的快速瞬态响应通路，可以使LDO的频率响应近似于一阶系统，由于分析中未考虑功 率管栅极电容Cm的影响，实际频域特性稍差于一阶系统。从而，本实用新型的快速瞬态响 应通路在实现快速瞬态响应补偿的同时，很好地实现了频率补偿，能够保证片上LDO在整 个负载电流变化范围内保持稳定。
[0032] 本实用新型并非限于上述实施例，而是在所附权利要求的精神和范围内能够以修 改或改变的方式来实践。本领域的技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或 本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料 和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进 行其它变形和改变。
【主权项】
1. 一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路，其特征在于，包括基准电压源、误差放大 器、功率管、电阻串分压单元、充电通路、放电通路、耦合电容Ccl和Cc2以及IOOpF的片上 电容CINT ;误差放大器的负端接基准电压源，误差放大器的正端接由Rl和R2组成的电阻 串分压单元的中间抽头，误差放大器的输出端接功率管的栅极，功率管的漏极接电阻串分 压单元的输入端；充电通路与耦合电容Cc2串联，跨接在功率管的栅极和漏极之间，放电通 路与耦合电容Ccl串联，跨接在功率管的栅极和漏极之间；所述LDO电路的输出端接IOOpF 的片上电容。2. 如权利要求1所述的一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路，其特征在于，所述充电 通路为耦合电容Cc2 -端接LDO输出电压端，另一端接NMOS管Mcl的漏极，NMOS管Mcl和 NMOS管Mc2接成电流镜单元，PMOS管Mc3和PMOS管Mc4接成电流镜单元，NMOS管Mc2的 漏极接PMOS管Mc3的栅极和漏极，PMOS管Mc4的漏极接功率管的栅极，电流源12为充电 通路提供偏置电流。3. 如权利要求1所述的一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路，其特征在于，所述放电 通路为耦合电容Ccl 一端接LDO输出电压端，另一端接NMOS管Mf的源极和NMOS管Mb的 栅极，NMOS管Mb的漏极接NMOS管Mf的栅极，电流源Ib和Il为放电通路提供偏置电流。
【专利摘要】本实用新型公开一种瞬态响应增强型片上电容LDO电路。包括基准（VREF）产生电路、误差放大器（AMP）、功率管、电阻串分压单元、以及充电通路、放电通路、耦合电容Cc1和Cc2。在负载电流突变时，利用设计的充电通路或者放电通路对功率管的栅电容（Cg）进行快速冲放电。本实用新型设计的新颖、有效的快速瞬态响应补偿通路，在实现瞬态响应补偿的同时，很好地实现了频率补偿，能够保证片上LDO在整个负载电流变化范围内保持稳定。本实用新型的LDO电路的功率管可以工作在线性区，其输入输出压差可以控制到0.1V以内。不需外接输出电容，应用电路简单，成本低。
【IPC分类】G05F1/56
【公开号】CN204833032
【申请号】CN201520041773
【发明人】王本川, 范涛
【申请人】北京华强智连微电子有限责任公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年1月21日