專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的電源管理裝置，尤其涉及一種結(jié)合了高輸出電流與超低能耗的低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的電源管理中，低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器(Low dropout regulator，以下便以其簡(jiǎn)寫(xiě)LDO簡(jiǎn)稱(chēng))是一種常見(jiàn)常用的電路裝置。如圖1所示，是典型 LDO電路在傳統(tǒng)低功率無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接示意圖。在圖示的常規(guī)應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)中，特別是在低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)級(jí)LDO電路在90%的時(shí)間內(nèi)處于待機(jī)模式，以等待接收或調(diào)制數(shù)據(jù)。在待機(jī)模式下的所有數(shù)字模塊都必須為電源開(kāi)路狀態(tài)，以等待數(shù)字接口接收來(lái)自于MCU的指令或數(shù)據(jù)，其中數(shù)字接口的形式可包括I2C或SPI。而LDO電路則通常用于從外部電池(鋰電池或AA電池)向數(shù)字接口提供電壓。為實(shí)現(xiàn)超低功率的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，該 LDO電路自身必須工作于低功耗狀態(tài)。然而，在傳統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程中，該LDO電路需要向數(shù)字電路、時(shí)鐘電路和射頻電路提供相對(duì)高的電流(IOmA IOOmA)和低噪聲的調(diào)制電壓。對(duì)于典型LDO電路來(lái)說(shuō)滿(mǎn)足兩個(gè)極端要求是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。而典型LDO電路的模塊架構(gòu)如圖2所述，可見(jiàn)該典型LDO電路包含用于提供參考電壓Vref的帶隙基準(zhǔn)電路，用于將反饋電壓向參考電壓Vref等值轉(zhuǎn)化的運(yùn)算放大器A0，用于將輸出電壓Vout分隔成為反饋電壓的串聯(lián)電阻Rl和電阻R2，以及用于補(bǔ)償使反饋信號(hào)匹配不同輸出阻抗的串聯(lián)電容Cc和電阻Re，其中帶隙基準(zhǔn)電路所提供的參考電壓Vref取決于環(huán)境溫度及電源電壓，反饋信號(hào)取自電阻Rl和電阻R2之間，且與帶隙基準(zhǔn)電路的參考電壓Vref—并接入運(yùn)算放大器A0，運(yùn)算放大器AO的輸出連至場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極，所述串聯(lián)電容Cc和電阻Rc相接于場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極于漏極之間，該場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為電性LDO 電路的Vout端如果忽略放大器的增益誤差，可以得到輸出電壓
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I....— = I·.'— χ --ill。
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Rz為了實(shí)現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的低噪聲輸出Vout，系統(tǒng)電路中的所有設(shè)備均必須工作于一個(gè)良好的操作條件。因此，典型LDO電路所消耗的電流范圍便介于50μ A 1mA?？梢?jiàn)該典型LDO電路不可能被使用在超低功耗的狀態(tài)下。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)典型LDO電路存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，實(shí)現(xiàn)LDO電路在待機(jī)狀態(tài)下超低功耗和在運(yùn)作狀態(tài)下較大電流輸出的兼具性能。本發(fā)明的上述目的，將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，基于典型LDO電路構(gòu)建，其特征在于所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器包含由場(chǎng)效應(yīng)管Ml M8、電容CO、開(kāi)關(guān)SO、開(kāi)關(guān)Sl以及設(shè)于典型LDO電路電阻R2與接地端之間的開(kāi)關(guān)S2構(gòu)成的調(diào)制模塊，所述調(diào)制模塊中，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、開(kāi)關(guān)Sl的一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的源極連至典型LDO電路的Vdd端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的漏極連至典型LDO電路的Vout端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極、開(kāi)關(guān)Sl的另一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極、 電容CO的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極與場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極通過(guò)開(kāi)關(guān)SO與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和漏極與場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極相接；且電容 CO的另一端、場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極和漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M7和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極均接地。進(jìn)一步地，所述場(chǎng)效應(yīng)管MO M3與場(chǎng)效應(yīng)管M6為PMOS管；且所述場(chǎng)效應(yīng)管M4、 M5、M7、M8 為 NMOS 管。進(jìn)一步地，所述典型LDO電路包含用于提供參考電壓Vref的帶隙基準(zhǔn)電路，用于將反饋電壓向參考電壓Vref等值轉(zhuǎn)化的運(yùn)算放大器A0，用于將輸出電壓Vout分隔成為反饋電壓的串聯(lián)電阻Rl和電阻R2，以及用于補(bǔ)償使反饋信號(hào)匹配不同輸出阻抗的串聯(lián)電容Cc和電阻Re，其中反饋信號(hào)取自電阻Rl和電阻R2之間，且與帶隙基準(zhǔn)電路的參考電壓 Vref—并接入運(yùn)算放大器AO，運(yùn)算放大器AO的輸出連至場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極，所述串聯(lián)電容Cc和電阻Rc相接于場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極于漏極之間，所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為電性LDO電路的Vout端。進(jìn)一步地，在低損待機(jī)模式及正常運(yùn)作模式下，所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)SO 為斷開(kāi)狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān)S2為閉合狀態(tài)；在相對(duì)正常運(yùn)作模式的大電流運(yùn)作模式下， 所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)SO為閉合狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān)S2為斷開(kāi)狀態(tài)。本發(fā)明新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的實(shí)施，其較之于典型LDO的突出效果為通過(guò)引入調(diào)制模塊，能在低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的不同工作狀態(tài)下對(duì)其中各能耗器件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了待機(jī)狀態(tài)下的超低功率損耗以及運(yùn)作狀態(tài)下輸出電流大小的可選性設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的電源管理所需。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是現(xiàn)有典型LDO電路在傳統(tǒng)低功率無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用連接示意圖； 圖2是典型LDO電路的模塊架構(gòu)示意圖3是本發(fā)明新型LDO電路的模塊架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，是本發(fā)明提出的一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的模塊架構(gòu)圖。從圖示可見(jiàn)，該新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器是基于圖2所示的典型LDO電路并引入調(diào)制模塊構(gòu)建而成的。該調(diào)制模塊則由場(chǎng)效應(yīng)管Ml M8、電容CO、開(kāi)關(guān)SO、開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān)S2構(gòu)成。其中該開(kāi)關(guān)S2設(shè)于典型LDO電路的電阻R2與接地端之間；且該場(chǎng)效應(yīng)管MO M3與場(chǎng)效應(yīng)管M6其中場(chǎng)效應(yīng)管M4為電源跟蹤設(shè)備，場(chǎng)效應(yīng)管M7和場(chǎng)效應(yīng)管M8構(gòu)成NMOS的電流鏡像， 場(chǎng)效應(yīng)管M2和場(chǎng)效應(yīng)管M3構(gòu)成PMOS的電流鏡像，場(chǎng)效應(yīng)管M5和場(chǎng)效應(yīng)管M6此時(shí)起到短路電阻的作用，場(chǎng)效應(yīng)管Ml為增益設(shè)備以保持Vout包含Ves (M4) +Vgs (M7)，由此為新型LDO 的大電流輸出提供了必要的基礎(chǔ)。 通過(guò)以上對(duì)于新型穩(wěn)壓器電路結(jié)構(gòu)及運(yùn)作模式的全面而詳細(xì)的描述，已對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案消除了認(rèn)識(shí)上的不清楚之處。本發(fā)明通過(guò)引入調(diào)制模塊及開(kāi)關(guān)S2，能在低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的不同工作狀態(tài)下對(duì)其中各能耗器件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了待機(jī)狀態(tài)下的超低功率損耗以及運(yùn)作狀態(tài)下輸出電流大小的可選性設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的電源管理所
箭ο
為PMOS管；且所述場(chǎng)效應(yīng)管M4、M5、M7、M8為NMOS管。從圖示可見(jiàn)其電路的具體連接結(jié)構(gòu)為場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、開(kāi)關(guān)Sl的一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的源極連至典型LDO 電路的Vdd端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的漏極連至典型LDO 電路的Vout端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極、開(kāi)關(guān)Sl的另一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極、電容CO的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極與場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極通過(guò)開(kāi)關(guān)SO與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和漏極與場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極相接；且電容CO的另一端、 場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極和漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M7和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極均接地。以下從本發(fā)明新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的應(yīng)用實(shí)施，具體介紹其應(yīng)用中所具有的高輸出電流與超低能耗的突出效果。在正常運(yùn)作模式下，該低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)SO為斷開(kāi)狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān) S2為閉合狀態(tài)。此時(shí)，PMOS管Ml處于關(guān)斷狀態(tài)，新加的調(diào)制模塊對(duì)典型LDO電路部分的常規(guī)運(yùn)作不產(chǎn)生任何影響，其輸出Vout依然復(fù)合公式(1)的形式。只是由于相串聯(lián)的NMOS管 M5和PMOS管M6所設(shè)計(jì)的W/L非常小，因而從匪OS管M5和PMOS管M6的漏電電流都很小 (小于200nA)。而在低損待機(jī)模式下，低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器只向數(shù)字接口電路供能開(kāi)啟，且該數(shù)字接口電路應(yīng)占用很少的電流。為了進(jìn)一步降低功耗，將PMOS管MO出于關(guān)閉狀態(tài)，不提供任何電流輸出，同時(shí)帶隙基準(zhǔn)電路和運(yùn)算放大器AO也被關(guān)斷至相同的電流?？梢?jiàn)在新加了調(diào)制模塊后，該新型的低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器能夠執(zhí)行與典型LDO電路相同的功能。另一方面在相對(duì)正常運(yùn)作模式的大電流運(yùn)作模式下，該低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān) SO為閉合狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān)S2為斷開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Ml M7工作于適當(dāng)?shù)钠珘汗ぷ鳁l件下，形成一放大器。該放大器使得輸出Vout滿(mǎn)足
權(quán)利要求
1.一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，基于典型LDO電路構(gòu)建，其特征在于所述新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器包含由場(chǎng)效應(yīng)管Ml M8、電容CO、開(kāi)關(guān)SO、開(kāi)關(guān)Sl以及設(shè)于典型LDO電路電阻 R2與接地端之間的開(kāi)關(guān)S2構(gòu)成的調(diào)制模塊，所述調(diào)制模塊中場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、開(kāi)關(guān)Sl 的一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的源極連至典型LDO電路的Vdd端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極與場(chǎng)效應(yīng)管MO的漏極連至典型LDO電路的Vout端；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極、開(kāi)關(guān)Sl的另一端、場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極、電容CO的一端與場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極和柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極與場(chǎng)效應(yīng)管M6 的源極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極通過(guò)開(kāi)關(guān)SO與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極和柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極相接；場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極和漏極與場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極、場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極相接；且電容CO的另一端、場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極和漏極、場(chǎng)效應(yīng)管M7和場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極均接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管 MO M3與場(chǎng)效應(yīng)管M6為PMOS管；且所述場(chǎng)效應(yīng)管M4、M5、M7、M8為NMOS管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其特征在于所述典型LDO電路包含用于提供參考電壓Vref的帶隙基準(zhǔn)電路，用于將反饋電壓向參考電壓Vref等值轉(zhuǎn)化的運(yùn)算放大器A0，用于將輸出電壓Vout分隔成為反饋電壓的串聯(lián)電阻Rl和電阻R2，以及用于補(bǔ)償使反饋信號(hào)匹配不同輸出阻抗的串聯(lián)電容Cc和電阻Re，其中反饋信號(hào)取自電阻Rl和電阻R2之間，且與帶隙基準(zhǔn)電路的參考電壓Vref —并接入運(yùn)算放大器A0，運(yùn)算放大器AO的輸出連至場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極，所述串聯(lián)電容Cc和電阻Rc相接于場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極于漏極之間，所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極為電性LDO電路的Vout端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其特征在于在低損待機(jī)模式及正常運(yùn)作模式下，所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)SO為斷開(kāi)狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān)S2為閉合狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，其特征在于在相對(duì)正常運(yùn)作模式的大電流運(yùn)作模式下，所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)SO為閉合狀態(tài)，且開(kāi)關(guān)Sl和開(kāi)關(guān) S2為斷開(kāi)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種新型低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，基于典型LDO電路構(gòu)建，該低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器包含由場(chǎng)效應(yīng)管M1～M8、電容C0、開(kāi)關(guān)S0、開(kāi)關(guān)S1以及設(shè)于典型LDO電路電阻R2與接地端之間的開(kāi)關(guān)S2構(gòu)成的調(diào)制模塊。本發(fā)明提出的低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器通過(guò)引入調(diào)制模塊，并在LDO電路不同的工作狀態(tài)下切換開(kāi)關(guān)S0～S2的開(kāi)閉狀態(tài)，能在低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器的不同工作狀態(tài)下對(duì)其中各能耗器件進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)了待機(jī)狀態(tài)下的超低功率損耗以及運(yùn)作狀態(tài)下輸出電流大小的可選性設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足低功率無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的電源管理所需。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102364407SQ20111027909
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者李寶騏 申請(qǐng)人:蘇州磐啟微電子有限公司