一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路。

背景技术

LDO是Low dropout regulator的缩写，即低压差线性稳压器。低压差线性稳压器是为了满足输入与输出之间的低压差转换的电路，所述的压差是指输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。Digital LDO即数字LDO，数字LDO比模拟LDO具有更小的功率晶体管、更少的稳定性问题和更好的工艺可扩展性，因此被用于移动电源系统。

但是，与模拟LDO相比，传统数字LDO具有较慢的瞬态响应和上下冲电压大等缺点，因为它使用了大量的移位寄存器和初始化了调整控制字。因此需要在确保电路输出稳定的情况下，提升电路的瞬态响应速度，以及降低电路的上下冲电压，并依次进行改进。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路，具备瞬态响应速度快，上下冲电压小，电路结构简单，全集成化等优点，解决了需要在确保电路输出稳定的情况下，提升电路的瞬态响应速度，以及降低电路的上下冲电压的问题。

(二)技术方案

为实现上述瞬态响应速度快，上下冲电压小，电路结构简单，全集成化目的，本发明提供如下技术方案：一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路，包括：双向二分法粗调电路、细调电路、窗口比较器、单限比较器和负载电路。其中，双向二分法粗调电路包括了双向逐次逼近比较型(SAR)和大尺寸二进制PMOS阵列，细调电路中包括了细调逻辑和小尺寸PMOS阵列。

窗口比较器的输入端与电路输出电压VOUT相连，其输出端与双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑的输入端相连。单限比较器的输入端与电路输出电压VOUT相连，其输出端与双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑的输入端相连。双向逐次逼近比较型SAR的输出端与大尺寸二进制PMOS阵列的输入端相连接，细调逻辑的输出端与小尺寸PMOS阵列的输入端相连接。大尺寸二进制PMOS阵列的输出端和小尺寸PMOS阵列的输出端相连接作为电路的输出电压VOUT。

所述单限比较器将输出电压VOUT与参考电压VREF进行比较，得到方向FD信号，用来控制双向二分法粗调电路和细调电路的调整方向，当VOUT>VREF，得到FD＝0，用来控制双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑模块往关闭PMOS管子的方向调整，确保输出电压VOUT趋近于参考电压VREF，反之。确保了输出电压的正确调整方向。

所述窗口比较器将输出电压VOUT与窗口上下限电压VREFH和VREFL进行比较，得到窗口信号EN，用来控制双向二分法粗调电路和细调电路的使能与否。当输出电压VOUT在窗口外时，使能双向二分法粗调电路的控制，失能细调电路的控制；当输出电压VOUT在窗口内时，使能细调电路的控制，失能双向二分法粗调电路的控制。确保电路能够自适应选择合适的步长。

所述双向二分法粗调电路使用大尺寸二进制PMOS阵列，实现了粗调步长逐步减小，有效地降低上下冲电压和加速瞬态响应，同时避免了输出电压进一步过冲。

优选的，所述双向逐次逼近比较型SAR电路采用了循环移位寄存器技术来确定当前粗调的调整位，采用非门、或门和与门并根据单限比较器的输出信号计算出当前调整位和上一调整位所需的S信号和R信号，将S信号和R信号输入边沿SR触发器模块，计算出当前粗调调整位的控制字Cn。每轮调整只初始化调整位而不初始化控制字，有效减小了上下冲电压。采用双向技术，计算当前调整位和上一调整位的粗调控制字，具备了控制字双向纠正能力，有效避免了误调，从而避免了进一步过冲。

优选的，边沿SR触发器模块结合电平触发D触发器和电平触发SR触发器，实现了边沿触发，有效避免了触发器发生多次翻转和非期望翻转，提升了SR触发器的抗干扰能力，同时相较于阻塞型边沿SR触发器，其电路简单，易于实现。

优选的，大尺寸二进制PMOS阵列如图4所示，其尺寸是按二进制的形式依次减小。结合所述的双向逐次逼近比较型SAR，实现了二分法电路，提升了电路的瞬态响应速度。其调整步长依次减小，有效地避免了输出电压进一步过冲。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路，具备以下有益效果：

1.本发明采用双向逐次逼近比较型SAR技术，是粗调电路具备了控制字双向纠正能力，避免了输出电压进一步过冲。每轮调整只初始化调整位而不初始化控制字，有效减小了上下冲电压。

2.本发明采用电平触发D触发器和电平触发SR触发器结合技术，实现了边沿SR触发器，有效避免了触发器发生多次翻转和非期望翻转，提升了SR触发器的抗干扰能力。

3.本发明采用二进制的大尺寸PMOS阵列，结合所述的双向逐次逼近比较型SAR，实现了二分法电路，提升了电路的瞬态响应速度。其调整步长依次减小，有效地避免了输出电压进一步过冲。

附图说明

图1DLDO电路整体结构图；

图2双向逐次逼近比较型SAR结构图；

图3边沿SR触发器结构图；

图4大尺寸二进制PMOS阵列示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种采用双向逐次逼近比较型SAR二分法电路的DLDO电路，包括双向逐次逼近比较型SAR为核心的双向二分法粗调电路、细调电路、窗口比较器、单限比较器和负载电路；

双向二分法粗调电路部分还包括了大尺寸二进制PMOS阵列；

窗口比较器的输入端与电路输出电压VOUT相连，其输出端与双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑的输入端相连；

单限比较器的输入端与电路输出电压VOUT相连，其输出端与双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑的输入端相连；

双向逐次逼近比较型SAR的输出端与大尺寸二进制PMOS阵列的输入端相连接，细调逻辑的输出端与小尺寸PMOS阵列的输入端相连接；

大尺寸二进制PMOS阵列的输出端和小尺寸PMOS阵列的输出端相连接作为电路的输出电压VOUT。

单限比较器将输出电压VOUT与参考电压VREF进行比较，得到方向FD信号，用来控制双向二分法粗调电路和细调电路的调整方向，当VOUT>VREF，得到FD＝0，用来控制双向逐次逼近比较型SAR和细调逻辑模块往关闭PMOS管子的方向调整，使输出电压VOUT趋近于参考电压VREF，反之。确保了输出电压的正确调整方向。

窗口比较器将输出电压VOUT与窗口上下限电压VREFH和VREFL进行比较，得到窗口信号EN，用来控制双向二分法粗调电路和细调电路的使能与否。当输出电压VOUT在窗口外时，使能双向二分法粗调电路的控制，失能细调电路的控制；当输出电压VOUT在窗口内时，使能细调电路的控制，失能双向二分法粗调电路的控制。确保电路能够自适应选择合适的步长。

双向二分法粗调电路使用大尺寸二进制PMOS阵列，实现了粗调步长逐步减小，有效地降低上下冲电压和加速瞬态响应，同时避免了输出电压进一步过冲。

双向逐次逼近比较型SAR电路如图2所示，采用了循环移位寄存器技术来确定当前粗调的调整位，采用非门、或门和与门并根据单限比较器的输出信号计算出当前调整位和上一调整位所需的S信号和R信号，将S信号和R信号输入边沿SR触发器模块，计算出当前粗调调整位的控制字Cn。每轮调整只初始化调整位而不初始化控制字，有效减小了上下冲电压。采用双向技术，计算当前调整位和上一调整位的粗调控制字，具备了控制字双向纠正能力，有效避免了误调，从而避免了进一步过冲。

边沿SR触发器模块如图3所示，其结合电平触发D触发器和电平触发SR触发器，实现了边沿触发，有效避免了触发器发生多次翻转和非期望翻转，提升了SR触发器的抗干扰能力，同时相较于阻塞型边沿SR触发器，其电路简单，易于实现。

大尺寸二进制PMOS阵列如图4所示，其尺寸是按二进制的形式依次减小。结合的双向逐次逼近比较型SAR，实现了二分法电路，提升了电路的瞬态响应速度。其调整步长依次减小，有效地避免了输出电压进一步过冲。

电路的主要工作流程如下：

1.通过PMOS阵列输出的电压信号输入到单限比较器和窗口比较器，单限比较器对该信号进行检测判断，以控制电路调整方向；窗口比较器对该信号进行检测判断，以控制电路使能粗调或细调。

2.当使能粗调模式时，先初始化粗调调整位，再由S信号发生模块和R信号发生模块准确计算出当前调整位和上一调整位的S信号和R信号。再将其锁入边沿SR触发器，实现了粗调控制字的准确计算。当使能细调模式，由细调逻辑计算细调控制字。

3.控制字输出到PMOS阵列，控制PMOS阵列的开启或关断，以适应负载电流的变化，稳定输出电压，实现调整。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。