低壓差線性穩(wěn)壓電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低壓差線性穩(wěn)壓電路，其包括誤差放大器、驅(qū)動器、第一電阻及第二電阻，外部基準(zhǔn)電壓輸入誤差放大器的正相輸入端，誤差放大器的輸出端及第一電阻的一端均與驅(qū)動器連接，第一電阻的另一端與第二電阻的一端連接，第二電阻的另一端接地，且誤差放大器的反相輸入端與第一電阻的另一端及第二電阻的一端共同連接，其中，驅(qū)動器為N型耗盡場效應(yīng)管，誤差放大器的輸出端與N型耗盡場效應(yīng)管的柵極連接，外部電壓輸入N型耗盡場效應(yīng)管的源極，N型耗盡場效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接且為低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出端。本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，且拓寬了所能驅(qū)動的負(fù)載范圍。
【專利說明】
低壓差線性穩(wěn)壓電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種低壓差線性穩(wěn)壓電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 普通免電容低壓差線性穩(wěn)壓電路一般由驅(qū)動器、誤差放大器組成。為了能實現(xiàn)較 小的輸出、輸入電壓差，采用PM0S管作為輸出驅(qū)動器，形成兩極點系統(tǒng)，主極點為誤差放大 器輸出，次極點在驅(qū)動器輸出。PM0S管作輸出驅(qū)動器會使輸出端呈現(xiàn)高阻，次極點很靠近主 極點，會導(dǎo)致穩(wěn)定性問題。為了滿足穩(wěn)定性要求，通常在誤差放大器與輸出驅(qū)動器之間加入 補償電容，如圖1所示(其中AMP1為誤差放大器，Mp為輸出驅(qū)動器，Cc為補償電容，Ra、Rb為分 壓電阻，VREF為輸入基準(zhǔn)電壓，Vin為輸入電壓，Vqut為輸出電壓）。在該方案中，為了保證在較 寬負(fù)載范圍內(nèi)，整個電路依然保持穩(wěn)定，需要增大補償電容Cc，并且增大驅(qū)動器Mp的電流以 提高其跨導(dǎo)，以使次極點位置處于高頻。
[0003] 為了克服上述缺點，另一種改進的方案是采用普通NM0S管作為驅(qū)動器替代上述方 案中的PM0S管作為驅(qū)動器，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示(其中AMP2為誤差放大器，Μη為輸出驅(qū)動器， Rc、Rd為分壓電阻，VREF為輸入基準(zhǔn)電壓，CLK為電荷栗時鐘輸入，VIN為輸入電壓，VQUT為輸出 電壓）。這樣使得輸出端的等效阻抗相對更低，而且可以省去上述方案中的內(nèi)部補償電容。 由于正常工作時，普通NM0S的源極與柵極存之間在一個V CS(柵源電壓)壓降，使得輸入、輸出 電壓差較大，若要滿足低壓差要求，則需要在NM0S驅(qū)動管柵極上加入電荷栗電路以抬高 NM0S管柵壓，如圖2所示。但是這種方案還是存在如下缺點：（1)電荷栗電路的正常工作需要 外加時鐘，根據(jù)栗壓的大小，時鐘頻率一般在ΙΟΚΗζ~1MHz以內(nèi)；（2)電荷栗時鐘串?dāng)_很容易 影響到低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出，使輸出出現(xiàn)一定的紋波；（3)電荷栗電路需要大電容進 行栗壓，這會占用較大芯片面積。
[0004] 因此，有必要提供一種改進的低壓差線性穩(wěn)壓電路來克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種低壓差線性穩(wěn)壓電路，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路結(jié) 構(gòu)簡單，功耗低，且拓寬了所能驅(qū)動的負(fù)載范圍。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低壓差線性穩(wěn)壓電路，其包括誤差放大器、驅(qū) 動器、第一電阻及第二電阻，外部基準(zhǔn)電壓輸入所述誤差放大器的正相輸入端，所述誤差放 大器的輸出端及所述第一電阻的一端均與所述驅(qū)動器連接，所述第一電阻的另一端與所述 第二電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端接地，且所述誤差放大器的反相輸入端與所 述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端共同連接，其中，所述驅(qū)動器為N型耗盡場效應(yīng) 管，所述誤差放大器的輸出端與所述N型耗盡場效應(yīng)管的柵極連接，外部電壓輸入所述N型 耗盡場效應(yīng)管的源極，所述N型耗盡場效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接且為所述低壓 差線性穩(wěn)壓電路的輸出端。
[0007] 較佳地，所述誤差放大器包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管及第四 場效應(yīng)管，外部基準(zhǔn)電壓輸入所述第一場效應(yīng)管的柵極，所述第一場效應(yīng)管的源極與第二 場效應(yīng)管的源極連接，所述第一場效應(yīng)管的漏極、第三場效應(yīng)管的漏極及柵極、第四場效應(yīng) 管的柵極共同連接，第二場效應(yīng)管的柵極與第一電阻的另一端連接，所述第二場效應(yīng)管的 漏極、第四場效應(yīng)管的漏極、N型耗盡場效應(yīng)管的柵極共同連接，外部電壓輸入所述第三場 效應(yīng)管的源極與第四場效應(yīng)管的源極。
[0008] 較佳地，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還包括第五場效應(yīng)管，所述五場效應(yīng)管的漏極、 第二場效應(yīng)管的源極、第一場效應(yīng)管的源極共同連接，所述五場效應(yīng)管的源極接地，外部偏 置電壓輸入所述五場效應(yīng)管的柵極。
[0009] 較佳地，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還包括第六場效應(yīng)管與第七場效應(yīng)管，所述第 六場效應(yīng)管的柵極、第七場效應(yīng)管的漏極均與第四場效應(yīng)管的漏極連接，所述第六場效應(yīng) 管的源極與第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述第六場效應(yīng)管的漏極、第七場效應(yīng)管的柵極、第 三場效應(yīng)管的漏極共同連接，所述第七場效應(yīng)管的源極與第二場效應(yīng)管的漏極連接。
[0010] 較佳地，所述第六場效應(yīng)管與第七場效應(yīng)管均為N型耗盡場效應(yīng)管。
[0011] 較佳地，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還包括一電容，所述電容一端與N型耗盡場效應(yīng) 管的柵極連接，另一端接地。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路，由于采用N型耗盡場效應(yīng)管作為 驅(qū)動器，使得整個電路結(jié)構(gòu)的輸出節(jié)點阻抗很低，使低壓差線性穩(wěn)壓電路成為單極點系統(tǒng)， 可以省去內(nèi)部補償電容，并且拓寬了低壓差線性穩(wěn)壓電路所能驅(qū)動的負(fù)載范圍，在即使負(fù) 載電流為〇時，也能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，由于N型耗盡場效應(yīng)管Ms的閾值電壓很低，在占用相 對更小的芯片面積下，易于實現(xiàn)更低的輸入、輸出電壓差，縮小了低壓差線性穩(wěn)壓電路的面 積。
[0013] 通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明 的實施例。
【附圖說明】
[0014] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中低壓差線性穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中低壓差線性穩(wěn)壓電路的另一種結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖3為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖4為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓電路的具體電路結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓電路實施例一的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖6為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓電路實施例二的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020] 現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。如 上所述，本發(fā)明提供了一種低壓差線性穩(wěn)壓電路，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單， 功耗低，且拓寬了所能驅(qū)動的負(fù)載范圍。
[0021] 請參考圖3,圖3為本發(fā)明低壓差線性穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本發(fā)明的低壓 差線性穩(wěn)壓電路包括誤差放大器AMP、驅(qū)動器、第一電阻R1及第二電阻R2;外部基準(zhǔn)電壓 VREF輸入所述誤差放大器AMP的正相輸入端，所述誤差放大器AMP的輸出端及所述第一電阻 R1的一端均與所述驅(qū)動器連接，所述第一電阻R1的另一端與所述第二電阻R2的一端連接， 所述第二電阻R2的另一端接地，且所述誤差放大器AMP的反相輸入端與所述第一電阻R1的 另一端及所述第二電阻R2的一端共同連接;在本發(fā)明中，所述驅(qū)動器為N型耗盡場效應(yīng)管 Ms，所述誤差放大器AMP的輸出端與所述N型耗盡場效應(yīng)管Ms的柵極連接，外部電壓VIN輸入 所述N型耗盡場效應(yīng)管Ms的源極，所述N型耗盡場效應(yīng)管Ms的漏極與第一電阻R1的一端連接 且為所述低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出端，且通過所述輸出端輸出電壓VOUT。如上所述，在本 發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路中，使用N型耗盡場效應(yīng)管Ms作為輸出驅(qū)動管(驅(qū)動器），使得整 個電路結(jié)構(gòu)的輸出節(jié)點阻抗很低，使低壓差線性穩(wěn)壓電路成為單極點系統(tǒng)，可以省去內(nèi)部 補償電容，并且拓寬了低壓差線性穩(wěn)壓電路所能驅(qū)動的負(fù)載范圍，在即使負(fù)載電流為〇時， 也能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；由于N型耗盡場效應(yīng)管Ms的閾值電壓(V THS)很低0)，在占用相對 更小的芯片面積下，易于實現(xiàn)更低的輸入、輸出電壓差;N型耗盡場效應(yīng)管Ms作為驅(qū)動管能 使前級誤差放大器設(shè)計更容易，該放大器可由最簡單的〇TA(跨導(dǎo)放大器，operational transconductance amplifier)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
[0022] 具體地，請再結(jié)合參考圖4,所述誤差放大器AMP包括第一場效應(yīng)管Ml、第二場效應(yīng) 管M2、第三場效應(yīng)管M3及第四場效應(yīng)管M4，外部基準(zhǔn)電壓VREF輸入所述第一場效應(yīng)管Ml的 柵極，所述第一場效應(yīng)管Ml的源極與第二場效應(yīng)管M2的源極連接，所述第一場效應(yīng)管Ml的 漏極、第三場效應(yīng)管M3的漏極及柵極、第四場效應(yīng)管M4的柵極共同連接，第二場效應(yīng)管M2的 柵極與第一電阻R1的另一端連接，所述第二場效應(yīng)管M2的漏極、第四場效應(yīng)管M4的漏極、N 型耗盡場效應(yīng)管Ms的柵極共同連接，外部電壓VIN輸入所述第三場效應(yīng)管M3的源極與第四場 效應(yīng)管M4的源極。本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路還包括第五場效應(yīng)管M5,所述五場效應(yīng)管 M5的漏極、第二場效應(yīng)管M2的源極連接、第一場效應(yīng)管Ml的源極共同連接，所述五場效應(yīng)管 M5的源極接地，外部偏置電壓輸入所述五場效應(yīng)管M5的柵極。在本發(fā)明中，取Vdsats = Vdsat4 =0.1￥，\%5 = 0，有￥。55 = ￥哪+^%八丁5 = 0.1￥，則：￥〇11丁 = ￥1(-\^55 = ^%-\^)5八丁4-\^55 = ^%-〇.2￥;其 中，Vdsats為N型耗盡場效應(yīng)管Ms的漏源飽和電壓，Vdsats4為第四場效應(yīng)管M4的漏源飽和電壓， Vths為N型耗盡場效應(yīng)管Ms的閾值電壓，VGSS為N型耗盡場效應(yīng)管Ms的柵源電壓，VK為節(jié)點K處 的電壓；由上述可知，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路可以實現(xiàn)很低的輸入、輸出電壓差。
[0023] 再有，在本發(fā)明中，所述誤差放大器AMP的輸入電壓VIN約等于1個柵源電壓加 2個漏 源飽和電壓，最低輸入電壓VlN由下式?jīng)Q定：
[0024] V in = Vgs3+Vdsati+Vdsat5
[0025] = I VTH3 I +VdSAT3+VdSAT1+VdSAT5
[0026] = I Vth3 I +3Vdsat3
[0027] 其中，VGS3為第三場效應(yīng)管M3的柵源電壓，VDSATS1S第一場效應(yīng)管Ml的漏源飽和電 壓，VDSATS5為第五場效應(yīng)管M5的漏源飽和電壓，VTH3為第三場效應(yīng)管M3的閾值電壓，VDSATS3為 第三場效應(yīng)管M3的漏源飽和電壓；由于所有器件均工作在飽和區(qū)，則可以設(shè)定V DSAT3 = VDSAT1 =Vdsats = Vdsat ;若采用0 · 18μL? CMOS工藝，取Vdsat = 0 · 1V，VTH3 = 0 · 5V，貝丨JVlN = 0 · 3+0 · 5 = 0.8V。因此即使考慮一定的安全余量，本發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路仍可工作在IV輸入電 壓VIN下，即發(fā)明的低壓差線性穩(wěn)壓電路在外部輸入電壓V IN的電壓值很小的情況下也能正 常工作，降低了整個電路的功耗。
[0028] 請再參考圖5,描述本發(fā)明的實施例一。如圖示，在本實施中，所述低壓差線性穩(wěn)壓 電路還包括第六場效應(yīng)管M6與第七場效應(yīng)管M7;所述第六場效應(yīng)管M6的柵極、第七場效應(yīng) 管M7的漏極均與第四場效應(yīng)管M4的漏極連接，所述第六場效應(yīng)管M6的源極與第一場效應(yīng)管 Ml的漏極連接，所述第六場效應(yīng)管M6的漏極、第七場效應(yīng)管M7的柵極、第三場效應(yīng)管M3的漏 極共同連接，所述第七場效應(yīng)管M7的源極與第二場效應(yīng)管M2的漏極連接。另外，在本實施例 中，所述第六場效應(yīng)管M6與第七場效應(yīng)管M7均為N型耗盡場效應(yīng)管。在本實施例中，所述第 六場效應(yīng)管M6與第七場效應(yīng)管M7構(gòu)成共源共柵管或交叉耦合管，使得V GS6 = VGS7 ? 0(VGS6為 第六場效應(yīng)管M6的柵源電壓，VGS7為第七場效應(yīng)管M7的柵源電壓），不會產(chǎn)生額外壓降，從而 所述誤差放大器AMP依然能在IV左右輸入電壓Vin下正常工作。再有，所述第六場效應(yīng)管M6與 第七場效應(yīng)管M7會使節(jié)點K處的阻抗增大，使得直流增益由Gm 2 X (rQ21 | r〇4)增加為Gm2 X (Gm7 X r〇7 X rQ21 I r〇4)，大約由40dB(Ml~M4組成的誤差放大器AMP增益一般較小，為40dB左右)增 加到50~60dB;其中，GM2為第二場效應(yīng)管M2的跨導(dǎo)，GM7為第七場效應(yīng)管M7的跨導(dǎo)，ro2為第 二場效應(yīng)管M2的輸出阻抗，r 〇4為第四場效應(yīng)管M4的輸出阻抗。
[0029] 請再參考圖6,描述本發(fā)明的實施例二。如圖示，本實施例與實施例一的差別在于， 未使用由第六場效應(yīng)管M6與第七場效應(yīng)管M7構(gòu)成的共源共柵管或交叉耦合管，而是在N型 耗盡場效應(yīng)管Ms與地之間增加一電容Cd，其它均與實施例一相同，在此不再贅述;具體地， 所述電容Cd-端與N型耗盡場效應(yīng)管Ms的柵極連接，另一端接地，見圖5。在本實施例中，電 容Cd與N型耗盡場效應(yīng)管Ms的等效柵漏電容Cgds形成串聯(lián)分壓關(guān)系，設(shè)外部輸入電壓V IN存 在的抖動為A VIN，則節(jié)點K的抖動為
，可見只要Cd>Cgds，那么
，假設(shè)N型耗盡場效應(yīng)管Ms電流不變，那么輸出端也將出現(xiàn)AV K的抖動。可見，N 型耗盡場效應(yīng)管Ms柵極電位發(fā)生抖動的大小可以通過增大電容Cd與Cgd5的比值來進行抑 制，進而降低輸入電壓VIN的抖動對輸出電壓VQUT的影響，從而提高了電源抑制比。另外，電容 Cd容值的增加會使低壓差線性穩(wěn)壓電路的主極點更靠近低頻，更有利于實現(xiàn)高穩(wěn)定性
[0030] 以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施 例，而應(yīng)當(dāng)涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進行的修改、等效組合。
【主權(quán)項】
1. 一種低壓差線性穩(wěn)壓電路，包括誤差放大器、驅(qū)動器、第一電阻及第二電阻，外部基 準(zhǔn)電壓輸入所述誤差放大器的正相輸入端，所述誤差放大器的輸出端及所述第一電阻的一 端均與所述驅(qū)動器連接，所述第一電阻的另一端與所述第二電阻的一端連接，所述第二電 阻的另一端接地，且所述誤差放大器的反相輸入端與所述第一電阻的另一端及所述第二電 阻的一端共同連接，其特征在于，所述驅(qū)動器為N型耗盡場效應(yīng)管，所述誤差放大器的輸出 端與所述N型耗盡場效應(yīng)管的柵極連接，外部電壓輸入所述N型耗盡場效應(yīng)管的源極，所述N 型耗盡場效應(yīng)管的漏極與第一電阻的一端連接且為所述低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出端。2. 如權(quán)利要求1所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述誤差放大器包括第一場 效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管及第四場效應(yīng)管，外部基準(zhǔn)電壓輸入所述第一場效應(yīng) 管的柵極，所述第一場效應(yīng)管的源極與第二場效應(yīng)管的源極連接，所述第一場效應(yīng)管的漏 極、第三場效應(yīng)管的漏極及柵極、第四場效應(yīng)管的柵極共同連接，第二場效應(yīng)管的柵極與第 一電阻的另一端連接，所述第二場效應(yīng)管的漏極、第四場效應(yīng)管的漏極、N型耗盡場效應(yīng)管 的柵極共同連接，外部電壓輸入所述第三場效應(yīng)管的源極與第四場效應(yīng)管的源極。3. 如權(quán)利要求2所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還 包括第五場效應(yīng)管，所述五場效應(yīng)管的漏極、第二場效應(yīng)管的源極、第一場效應(yīng)管的源極共 同連接，所述五場效應(yīng)管的源極接地，外部偏置電壓輸入所述五場效應(yīng)管的柵極。4. 如權(quán)利要求3所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還 包括第六場效應(yīng)管與第七場效應(yīng)管，所述第六場效應(yīng)管的柵極、第七場效應(yīng)管的漏極均與 第四場效應(yīng)管的漏極連接，所述第六場效應(yīng)管的源極與第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述第 六場效應(yīng)管的漏極、第七場效應(yīng)管的柵極、第三場效應(yīng)管的漏極共同連接，所述第七場效應(yīng) 管的源極與第二場效應(yīng)管的漏極連接。5. 如權(quán)利要求4所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述第六場效應(yīng)管與第七場 效應(yīng)管均為N型耗盡場效應(yīng)管。6. 如權(quán)利要求3所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路，其特征在于，所述低壓差線性穩(wěn)壓電路還 包括一電容，所述電容一端與N型耗盡場效應(yīng)管的柵極連接，另一端接地。
【文檔編號】G05F1/565GK105867508SQ201610235267
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】蔡化
【申請人】四川和芯微電子股份有限公司