基于零点补偿的电源管理芯片及低压差线性稳压器

技术领域

本发明是关于电路补偿技术领域，特别是关于一种基于零点补偿的电源管理芯片及低压差线性稳压器。

背景技术

在电池管理芯片中，需要芯片提供电压，驱动片外功率管产生芯片所需要的电源电压，片外的功率管和片内的驱动电路共同构成低压差线性稳压器(Low dropoutregulator，LDO)。为了降低芯片的温度，通常将产生高功耗的LDO功率管置于片外，并提供一个驱动电压驱动功率管(BJT的基极或MOS管的栅极)，从而产生一个电源电压来为芯片内部供电。

现有技术中，常见的LDO电路通常有以下结构设计：一种是将电压的反馈点设置在片外功率管BJT的基极，如图1所示，这样设计的好处是环路简单，且稳定性容易实现；缺点是无法准确监控片外功率管的输出电压。还有一种结构是将电压的反馈点设置在片外功率管BJT的发射极，如图2所示，这样设计的好处是能够实现准确监控片外功率管的输出电压，缺点是环路复杂，稳定性实现困难。

而上述结构中，如果片内的误差放大器的输出直接驱动片外的功率管，芯片的输出引脚(电源电压PAD)和驱动引脚(驱动电压PAD)处会存在较大的电容，容易产生低频极点，并且误差放大器的第一级输出也存在较低频率的极点，多极点的作用下，为内部高压LDO的稳定性设计带来了较大困难，因此需要增加补偿电路来解决多级LDO稳定性设计的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于零点补偿的电源管理芯片及低压差线性稳压器，其用以解决多级LDO环路不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种基于零点补偿的电源管理芯片，所述电源管理芯片包括：

误差放大电路，包括放大单元、源极跟随单元及反馈单元，所述放大单元连接于电源电压AVDD与地电位AVSS之间，用于根据输入电压V

补偿电路，包括第十MOS管M10、电阻R

其中，所述补偿电路用于产生若干零点，以补偿电源管理芯片内部及其外部产生的极点。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述源极跟随单元包括第九MOS管M9，所述第九MOS管M9为NMOS管，所述第九MOS管M9的栅极分别与放大单元以及第十MOS管M10相连，所述第九MOS管M9的漏极与电源电压AVDD相连，源极与驱动引脚相连。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第十MOS管M10为NMOS管，所述第十MOS管M10的漏极与电源电压AVDD相连，源极分别与电阻R

所述第十MOS管M10和第九MOS管M9构成电流镜，且第十MOS管M10与第九MOS管M9的镜像比为1：K。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述源极跟随单元包括第九MOS管M9，所述第九MOS管M9为PMOS管，所述第九MOS管M9的栅极分别与放大单元以及第十MOS管M10相连，所述第九MOS管M9的源极与电源电压AVDD相连，漏极与驱动引脚相连。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第十MOS管M10为PMOS管，所述第十MOS管M10的源极与电源电压AVDD相连，漏极分别与电阻R

在本发明的一个或多个实施方式中，所述放大单元包括共源共栅放大器和电容C

在本发明的一个或多个实施方式中，所述共源共栅放大器为套筒式共源共栅结构或折叠式共源共栅结构，所述共源共栅放大器的输入管为NMOS管或PMOS管。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述反馈单元包括连接于输出引脚与反馈节点之间的第一反馈电阻R

在本发明的一个或多个实施方式中，所述补偿电路引入第一零点，以补偿误差放大电路中产生的极点，所述第一零点的大小为：

在本发明的另一个方面当中，还提供了一种基于零点补偿的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括输出电路以及如上所述的电源管理芯片，所述输出电路包括功率管，所述功率管通过电源管理芯片的驱动引脚上的电压进行驱动，并于电源管理芯片的输出引脚上产生输出电压。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述功率管采用三极管BJT，所述三极管BJT的基极与驱动引脚相连，集电极与电源电压AVDD相连，发射极与输出引脚相连。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述输出电路还包括电容C

在本发明的一个或多个实施方式中，所述补偿电路引入第二零点，以补偿输出电路中产生的极点，所述第二零点的大小为：

在本发明的一个或多个实施方式中，所述功率管为MOS管，所述MOS管的栅极与驱动引脚相连，漏极与电源电压AVDD相连，源极与输出引脚相连。

与现有技术相比，根据本发明实施方式的基于零点补偿的电源管理芯片及低压差线性稳压器，通过增加补偿电路，并利用补偿电路与片外的输出电路共同构成零点补偿电路，能够产生一个极低频率的零点以及额外的零极点对，从而对LDO电路的低频极点进行很好的补偿，提高多级LDO环路的稳定性，满足多级高压LDO的稳定性设计要求。

附图说明

图1为现有技术中第一种低压差线性稳压器的电路原理图；

图2为现有技术中第二种低压差线性稳压器的电路原理图；

图3为本发明实施例一中电源管理芯片的电路原理图；

图4为本发明实施例二中电源管理芯片的电路原理图；

图5为本发明实施例三中电源管理芯片的电路原理图；

图6为本发明实施例四中电源管理芯片的电路原理图；

图7为本发明实施例五中电源管理芯片的电路原理图；

图8为本发明实施例七中低压差线性稳压器的电路原理图；

图9为本发明实施例中低压差线性稳压器引入补偿电路后的补偿效果图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件，或与另一元件“相连”，或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

如图3所示，本实施例中公开了一种基于零点补偿的电源管理芯片，其包括：

误差放大电路100，包括放大单元101、源极跟随单元102及反馈单元103，放大单元101连接于电源电压AVDD与地电位AVSS之间，用于根据输入电压V

补偿电路200，包括第十MOS管M10、电阻R

其中，补偿电路200用于产生若干零点，以补偿电源管理芯片内部及其外部产生的极点。

本实施例中的误差放大电路100为两级放大结构，第一级为放大单元101，提供一定的增益；第二级为源极跟随单元102，提供足够强的驱动能力。

具体地，本实施例中的源极跟随单元102包括第九MOS管M9，第九MOS管M9为NMOS管，且第九MOS管M9的栅极分别与放大单元101以及第十MOS管M10相连，第九MOS管M9的漏极与电源电压AVDD相连，源极与驱动引脚相连。

本实施例中的源极跟随单元102还包括电容C

本实施例中的第十MOS管M10为NMOS管，第十MOS管M10的漏极与电源电压AVDD相连，源极分别与电阻R

第十MOS管M10和第九MOS管M9构成电流镜，且第十MOS管M10与第九MOS管M9的镜像比为1：K，即第十MOS管M10可以以设定的比例复制第九MOS管M9的输出的电流。

进一步地，源极跟随单元102还可以承担输出限流的作用。具体地，源极跟随单元102还包括起到限流作用的第二十四MOS管M24、第二十五MOS管M25、第二十六MOS管M26和第二十七MOS管M27，第二十四MOS管M24、第二十五MOS管M25、第二十六MOS管M26和第二十七MOS管M27均为PMOS管，其中：

第二十四MOS管M24和第二十五MOS管M25共栅连接、且栅极同时连接于放大单元101，第二十四MOS管M24和第二十五MOS管M25的源极均与电源电压AVDD相连，第二十四MOS管M24的漏极与第二十六MOS管M26的源极相连，第二十五MOS管M25的漏极与第二十七MOS管M27的源极相连，第二十六MOS管M26和第二十七MOS管M27共栅连接、且栅极同时连接于放大单元101，第二十六MOS管M26的漏极与第九MOS管M9的漏极相连，第二十七MOS管M27的漏极与第十MOS管M10的漏极相连。

本实施例中的放大单元101包括共源共栅放大器和电容C

在本实施例中，共源共栅放大器采用套筒式共源共栅结构，其包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第十一MOS管M11、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八MOS管M8，其中：

第一MOS管M1和第二MOS管M2作为共源共栅放大器的输入管，均为NMOS管；

第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八MOS管M8构成输入管的套筒结构，第三MOS管M3和第四MOS管M4均为NMOS管，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7和第八MOS管M8均为PMOS管。

具体地，第一MOS管M1的栅极通过输入电压V

第三MOS管M3和第四MOS管M4共栅连接，且第三MOS管M3的源极与第二MOS管M2的漏极相连，第四MOS管M4的源极与第一MOS管M1的漏极相连。

第五MOS管M5和第六MOS管M6共栅连接，且第五MOS管M5的栅极及漏极以及第六MOS管M6的栅极均与第三MOS管M3的漏极相连，第六MOS管M6的漏极与第四MOS管M4的漏极相连、且同时连接于电容C

第七MOS管M7和第八MOS管M8共栅连接，且第七MOS管M7的栅极及漏极以及第八MOS管M8的栅极均与第五MOS管M5的源极相连，第八MOS管M8的漏极与第六MOS管M6的源极相连，第七MOS管M7和第八MOS管M8的源极均与电源电压AVDD相连。

本实施例中，共源共栅放大器的输出端V

本实施例中的反馈单元103包括连接于输出引脚与反馈节点F之间的第一反馈电阻R

本实施例中，为补偿共源共栅放大器的输出端V

根据实际应用情况，可以选取合适的零点参数，以使低压差线性稳压器的环路获得较好的稳定性。

实施例二

如图4所示，本实施例中的电源管理芯片与实施例一中的电源管理芯片大致相同，区别在于：

本实施例中的源极跟随单元102包括第九MOS管M9，第九MOS管M9为PMOS管，且第九MOS管M9的栅极分别与放大单元101以及第十MOS管M10相连，第九MOS管M9的源极与电源电压AVDD相连，漏极与驱动引脚相连。

本实施例中的第十MOS管M10为PMOS管，第十MOS管M10的源极与电源电压AVDD相连，漏极分别与电阻R

本实施例中的第九MOS管M9和第十MOS管M10的作用原理与实施例一中的相同，此处不再赘述。

实施例三

如图5所示，本实施例中的电源管理芯片与实施例一中的电源管理芯片大致相同，区别在于：

在本实施例中，共源共栅放大器采用套筒式共源共栅结构，共源共栅放大器的输入管为PMOS管。

具体地，共源共栅放大器的输入管包括第一MOS管M1和第二MOS管M2，第一MOS管M1和第二MOS管M2均为PMOS管。

第一MOS管M1的栅极通过输入电压V

输入管的套筒结构由第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14和第十五MOS管M15构成，第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14和第十五MOS管M15均为NMOS管。

其中，第十二MOS管M12和第十三MOS管M13共栅连接，且第十二MOS管M12的栅极及漏极以及第十三MOS管M13的栅极均与第一MOS管M1的漏极相连，第十三MOS管M13的漏极与第二MOS管M2的漏极相连、且同时连接于电容C

第十四MOS管M14和第十五MOS管M15共栅连接，且第十四MOS管M14的栅极及漏极以及第十五MOS管M15的栅极均与第十二MOS管M12的源极相连，第十五MOS管M15的漏极与第十三MOS管M13的源极相连，第十四MOS管M14和第十五MOS管M15的源极均与地电位AVSS相连。

其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例四

如图6所示，本实施例中的电源管理芯片与实施例一中的电源管理芯片大致相同，区别在于：

在本实施例中，共源共栅放大器采用折叠式共源共栅结构，其包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第十一MOS管M11、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23，其中：

第一MOS管M1、第二MOS管M2和第十一MOS管M11作为共源共栅放大器的输入管，均为NMOS管；

第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18和第十九MOS管M19均为PMOS管，第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23均为NMOS管。

具体地，第一MOS管M1的栅极通过输入电压V

第十六MOS管M16和第十七MOS管M17共栅连接，第十六MOS管M16和第十七MOS管M17的源极均与电源电压AVDD相连，第十六MOS管M16的漏极分别与第十八MOS管M18的源极以及第一MOS管M1的漏极相连，第十七MOS管M17的漏极分别与第十九MOS管M19的源极以及第二MOS管M2的漏极相连。

第十八MOS管M18和第十九MOS管M19共栅连接。第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21共栅连接，第二十MOS管M20的栅极及漏极以及第二十一MOS管M21的栅极均与第十八MOS管M18的漏极相连，第二十一MOS管M21的漏极与第十九MOS管M19的漏极相连、且同时连接于电容C

第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23共栅连接，第二十二MOS管M22的栅极及漏极以及第二十三MOS管M23的栅极均与第二十MOS管M20的源极相连，第二十三MOS管M23的漏极与第二十一MOS管M21的源极相连，第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23的源极均与地电位AVSS相连。

其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例五

如图7所示，本实施例中的电源管理芯片与实施例一中的电源管理芯片大致相同，区别在于：

在本实施例中，共源共栅放大器采用折叠式共源共栅结构，其包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第十一MOS管M11、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23，其中：

第一MOS管M1和第二MOS管M2作为共源共栅放大器的输入管，均为PMOS管；

第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18和第十九MOS管M19均为PMOS管，第二十MOS管M20、第二十一MOS管M21、第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23均为NMOS管。

具体地，第一MOS管M1的栅极通过输入电压V

第十六MOS管M16和第十七MOS管M17共栅连接，第十六MOS管M16和第十七MOS管M17的源极均与电源电压AVDD相连，第十六MOS管M16的栅极及漏极以及第十七MOS管M17的栅极均与第十八MOS管M18的源极相连，第十七MOS管M17的漏极与第十九MOS管M19的源极相连。

第十八MOS管M18和第十九MOS管M19共栅连接，第十八MOS管M18的栅极及漏极以及第十九MOS管M19的栅极均与第二十MOS管M20的漏极相连，第十九MOS管M19的漏极与第二十一MOS管M21的漏极相连、且同时连接于电容C

第二十MOS管M20和第二十一MOS管M21共栅连接，第二十MOS管M20的源极分别与第一MOS管M1的漏极以及第二十二MOS管M22的漏极相连，第二十一MOS管M21的源极分别与第二MOS管M2的漏极以及第二十三MOS管M23的漏极相连。

第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23共栅连接，第二十二MOS管M22和第二十三MOS管M23的源极均与地电位AVSS相连。

其他结构与实施例一相同，此处不再赘述。

实施例六

本实施例中公开了一种基于零点补偿的低压差线性稳压器，其包括输出电路300以及上述的电源管理芯片，其中，输出电路300包括功率管，功率管通过电源管理芯片的驱动引脚上的电压进行驱动，并于电源管理芯片的输出引脚上产生输出电压。

本实施例中，功率管采用三极管BJT，三极管BJT的基极与驱动引脚相连，集电极与电源电压AVDD相连，发射极与输出引脚相连。

进一步地，输出电路还包括电容C

本实施例中，输出电路300包括第一输出端V

第一输出端V

第二输出端V

本实施例中，为补偿输出电路300中产生的极点，补偿电路200借助片外的功率管引入第二零点Z

同时，补偿电路200借助片外的功率管还引入一个第四极点P

一般情况下，各极点和零点满足：P

补偿电路借助片外的功率管BJT的β、R

实施例七

如图8所示，本实施例中的低压差线性稳压器与实施例六中的低压差线性稳压器大致相同，区别在于：

本实施例中的功率管为NMOS管，该NMOS管的栅极与驱动引脚相连，漏极与电源电压AVDD相连，源极与输出引脚相连。

其他结构与实施例六相同，此处不再赘述。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。