LDO电路

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，特别是指一种供高压霍尔传感器使用的低成本的LDO电路。

背景技术

霍尔（hall）传感器是一种磁电转换器，将磁场强度转化为输出电压的变化。霍尔传感器首先是实用于测量磁场，此外还可测量产生和影响磁场的物理量，例如被用于接近开关、霍尔、位置测量、转速测量和电流测量设备。其最简单的形式是，传感器作为一个模拟换能器，直接返回一个电压。在已知磁场下，其距霍尔盘的距离可被设定。使用多组传感器，磁铁的相关位置可被推断出。通过导体的电流会产生一个随电流变化的磁场，并且霍尔效应传感器可以在不干扰电流情况下而测量电流，典型的构造为将其和绕组磁芯或在被测导体旁的永磁体合成一体。

一些霍尔传感器应用中，需要工作电压比较宽，但是考虑到功耗要求严格，因此LDO工作在极低功耗(<1uA)，低电压宽范围(1.6v～6v)，并且快速启动。这对其内部的LDO的设计提出了极高的要求。

LDO是一种直流降压型的线性稳压器，其在输入电压或者负载电流发生变化的情况下仍然可以保持稳定的输出电压。如今的LDO电路具有体积小，噪声低，功耗低，价格低廉，使用方便等特点，但其基本的结构比较简单，包含了电压基准源(VREF)、误差放大器(EA)、调整管、反馈网络四个模块。

其中：

电压基准源为误差放大器提供了高精度的基准电压，误差放大器、调整管以及反馈电阻组成了LDO的控制环路，当输入电压或者负载电流变化的时候，输出电压Vout也要做出相应的变化，此时LDO通过它的控制环路的负反馈调节作用可以抑制输出电压的变化。

当输出电压降低时，反馈电压VFB也相应的降低，基准电压源于误差放大器的反向输入端提供了稳定的参考电压，反馈电压VFB接误差放大器的正向输入端，误差放大器的输出电压VEA相应减小，调整管的栅极电压降低，栅源电压差值增加，漏极电流增加，输出电压相应增加，抑制了输出电压的降低，从而保持在稳定的输出。

LDO的主要性能指标包括压差电压、静态电流、效率、线性调整率、负载调整率、线性瞬态响应、负载瞬态响应、噪声等等。

为了实现低功耗，不大适合采用通过带隙基准源BGR来产生精准的参考电平，再通过误差放大器来比较控制的方法。因为这样的功耗是很多低功耗设计场景无法忍受的。所以需要在牺牲一定的精度为代价，采用简单的结构，来达到反馈控制并且低功耗的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种LDO电路，具有较低的功耗，降低成本。

为解决上述问题，本发明所述的一种LDO电路，包含参考电流产生电路、启动电路、电流叠加电路、调整电路以及电压采样电流转换电路；

所述的参考电流产生电路，连接电源电压并产生一不依赖于电源电压波动的稳定的参考电流给所述启动电路和电流叠加电路；

所述的启动电路，将确保电路正常启动；

所述的电流叠加电路，其接收所述电压采样电流转换电路反馈回的反馈电流并与启动电路传输过来的参考电流进行叠加比较，产生控制电压；

所述调整电路，在控制电压的信号控制下对所述LDO电路的输出电压进行调整，以稳定所述LDO电路的输出电压；

所述的电压采样电流转换电路，采样所述LDO电路的输出电压并转换为反馈电流提供给所述电流叠加电路。

进一步地，所述的参考电流产生电路，产生一参考电流提供给所述电流叠加电路；所述参考电流产生电路包含有多个MOS管，其中第一MOS管（M0）、第二MOS管（M2）的源极接电源电压，所述第二MOS管（M2）的栅极和所述第一MOS管（M0）的栅极短接，所述第一MOS管（M0）的漏极与第四MOS管（M1）的源极相连，所述第二MOS管（M2）的漏极与第三MOS管（M3）的源极相连，所述第四MOS管（M1）的栅极与第四MOS管（M1）的漏极短接，且同时与第五MOS管（M4）的漏极相连，所述第六MOS管（M5）的栅极与所述第三MOS管（M3）的漏极相连，与所述第六MOS管（M5）的漏极也相连；所述第五MOS管（M4）、第六MOS管（M5）的源极均接地；

所述第七MOS管（M7）的栅极接第二MOS管（M2）的栅极，所述第八MOS管（M6）的栅极与第三MOS管（M3）的栅极相连，所述第七MOS管（M7）的漏极接第八MOS管（M6）的源极；第十四MOS管（M14）的栅极、漏极、第十三MOS管（M13）的栅极、第十二MOS管（M12）的栅极、第十一MOS管（M11）的栅极、第十MOS管（M10）的栅极一起连接在一起，并与所述第八MOS管（M6）的漏极连接；；

所述第十四MOS管（M14）、第十三MOS管（M13）、第十二MOS管（M12）、第十MOS管（M10）、第十一MOS管（M11）依次源、漏串接，所述第十一MOS管（M11）的源极接地。

进一步地，所述的启动电路确保整体电路正常工作，不会进入亚稳态；其中：

第十七MOS管（M17）的栅极与所述第二MOS管（M2）的栅极相连，第十六MOS管（M16）的栅极连接第四MOS管（M3）的栅极；所述第十七MOS管（M17）的漏极连接所述第十六MOS管（M16）的源极；

所述第十六MOS管（M16）的漏极与第二十MOS管（M20）的漏极连接；所述第二十MOS管（M20）的栅极连接所述第十二MOS管（M12）的栅极；同时所述第十六MOS管（M16）的漏极与第十八MOS管（M18）的栅极、第十九MOS管（M19）的栅极相连；所述第十九MOS管（M19）的漏极连接第十七MOS管（M17）的栅极；所述第十八MOS管（M18）的漏极连接第十六MOS管（M16）的栅极；而第二十MOS管（M20）的源极、第十八MOS管（M18）的源极、第十九MOS管（M19）的源极都接地；

所述第十七MOS管（M17）的源极接电源电压。

进一步地，所述的电流叠加电路，将所述的参考电流与所述的反馈电流进行叠加，产生控制电压以控制所述调整电路的输出；其中：

第三十MOS管（M8）的源极接电源电压，其栅极接第七MOS管（M7）的栅极，所述第三十MOS管（M8）漏极与第二十一MOS管（M9）的源极相连，所述第二十一MOS管（M9）的栅极接所述第八MOS管（M6）的栅极；第二十一MOS管（M9）的漏极接第二十三MOS管（M23）的栅极，第二十三MOS管（M23）的栅极而与漏极短接并与第二十四MOS管（M24）的栅极连接，所述第二十三MOS管（M23）、第二十四MOS管（M24）的源极均接地；

第五十四MOS管（M54）与第五十三MOS管（M53）的源极接电源电压，第五十四MOS管（M54）与第五十三MOS管（M53）的栅极对接并与第五十三MOS管（M53）的漏极短接，所述第五十四MOS管（M54）的漏极与第二十四MOS管（M24）的漏极相连，所述第五十三MOS管（M53）的漏极与第五十一MOS管（M51）的漏极相连，第五十一MOS管（M51）的源极接地。

进一步地，所述的调整电路，其接收控制电压的信号控制以调整输出电压；所述调整电路包含一大电流的调整MOS管及第一电容，其中调整MOS管为第二十九MOS管（M29），所述第二十九MOS管（M29）的源极接电源电压，漏极为所述LDO电路的输出端；所述第二十九MOS管（M29）的栅极连接第五十四MOS管（M54）的漏极，接收所述的控制电压；

所述第一电容跨接于所述第二十九MOS管（M29）的栅极、漏极之间。

进一步地，所述的电压采样电流转换电路，是在所述LDO电路的输出端与地之间串接以二极管模式接法的MOS管构成的输出电压检测电路并将检测到的输出电压转换为反馈电流，并通过电流镜传输到所述电流叠加电路；其中，包含第五十MOS管（M50）及第五十五MOS管（M55），其中，所述第五十MOS管（M50）为栅极、漏极短接并与第五十一MOS管（M51）的栅极相连，所述第五十MOS管（M50）的源极接地；所述第五十五MOS管（M55）的源极接输出电压，其栅极、漏极短接之后与所述第五十MOS管（M50）的漏极相连。

进一步地，所述的电流叠加电路，其将参考电流产生电路镜像过来的参考电流与反馈电流进行叠加；所述的反馈电流是电压采用电流转换电路将输出电压转换成反馈电流并进行负反馈到所述电流叠加电路；所述电流叠加电路形成控制电压，控制所述调整电路对所述输出电压进行相应的调整。

进一步地，所述的第五十五MOS管（M55）将输出电压采样，并通过第五十MOS管（M50）转换为反馈电流，并通过与所述第五十MOS管（M50）形成对管的第五十一MOS管（M51）镜像出所述第五十MOS管（M50）的电流形成反馈电流到所述电流叠加电路，所述电流叠加电路将反馈电流与参考电流进行叠加并形成控制电压。

本发明针对精度要求不高的LDO应用场景，采用简单的结构，利用对输出电压进行采样，再通过电压电流转换后，产生反馈电流，和参考电流共同作用叠加，叠加结果再反馈控制LDO的大电流输出管。结构简单，但反馈控制能力强，所以整体电路不仅功耗低，而且版图面积很小。

附图说明

图1 是本发明提供的LDO电路结构图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明不限于以下的实施方式。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

本发明所述的一种LDO电路，针对低精度要求但功耗要求严格，并且要快速启动的情况，这对设计提出了极高的要求。为了实现低功耗，就不大适合采用通过BGR产生精准参考电平，再通过误差放大器来比较控制的方法，因为这样的功耗是很多低功耗设计无法忍受的。所以需要在牺牲一定的精度为代价，采用简单的结构，来达到反馈控制并且低功耗的目的。为此本发明提出了如下的解决方案。

如图1所示，整个LDO电路包含有A、B、C、D、E四大模块，其中A模块为参考电流产生电路，B模块为启动电路，C模块为电流叠加电路，D模块为调整电路，E模块为电压采样电流转换电路。

所述的参考电流产生电路A，为一电流源电路。连接电源电压AVDD并产生一不随电源电压AVDD波动的稳定的参考电流Iref给所述的电流叠加电路C。

所述的启动电路B，将确保整体电路正常启动工作，防止进入亚稳态。

所述的电流叠加电路C，其接收所述电压采样电流转换电路E反馈回的反馈电流并与参考电流产生电路传输过来的参考电流Iref进行叠加比较，产生控制电压，所述控制电压传输到所述调整电路D以调整输出电压。

所述调整电路D，包含一大电流的调整管M29以及一跨接在其栅、漏之间的补偿电容。所述调整管M29在控制电压的信号控制下对所述LDO电路的输出电压进行调整，以稳定所述LDO电路的输出电压。

所述的电压采样电流转换电路E，采样所述LDO电路的输出电压并转换为反馈电流提供给所述电流叠加电路C。

继续参考图1，所述的参考电流产生电路A，包含有多个MOS管，其中第一MOS管（M0）、第二MOS管（M2）的源极接电源电压avdd，所述第二MOS管（M2）的栅极和所述第一MOS管（M0）的栅极短接，所述第一MOS管（M0）的漏极与第四MOS管（M1）的源极相连，所述第二MOS管（M2）的漏极与第三MOS管（M3）的源极相连，所述第四MOS管（M1）的栅极与第四MOS管（M1）的漏极相连，且同时与第五MOS管（M4）的漏极相连，所述第六MOS管（M5）的栅极与所述第三MOS管（M3）的漏极相连，与所述第六MOS管（M5）的漏极也相连；所述第五MOS管（M4）、第六MOS管（M5）的源极均接地agnd。

所述第七MOS管（M7）的栅极接第二MOS管（M2）的栅极，所述第八MOS管（M6）的栅极与第三MOS管（M3）的栅极相连，所述第七MOS管（M7）的漏极接第八MOS管（M6）的源极；第十四MOS管（M14）的栅极、漏极、第十三MOS管（M13）的栅极、第十二MOS管（M12）的栅极、第十一MOS管（M11）的栅极、第十MOS管（M10）的栅极一起连接在一起，并与所述第八MOS管（M6）的漏极连接。

所述第十四MOS管（M14）、第十三MOS管（M13）、第十二MOS管（M12）、第十MOS管（M10）、第十一MOS管（M11）依次源、漏串接，所述第十一MOS管（M11）的源极接地。

所述的启动电路B，其中：

第十七MOS管（M17）的栅极与所述第二MOS管（M2）的栅极相连，第十六MOS管（M16）的栅极连接第四MOS管（M3）的栅极。所述第十七MOS管（M17）的漏极连接所述第十六MOS管（M16）的源极。

第十六MOS管（M16）的漏极与所述第二十MOS管（M20）的漏极连接。所述第二十MOS管（M20）的栅极连接所述第十二MOS管（M12）的栅极。同时所述第十六MOS管（M16）的漏极与所述第十八MOS管（M18）的栅极，所述第十九MOS管（M19）的栅极相连。所述第十九MOS管（M19）的漏极连接第十七MOS管（M17）的栅极。所述第十八MOS管（M18）的漏极连接第十六MOS管（M16）的栅极。而第二十MOS管（M20）的源极，第十八MOS管（M18）的源极，第十九MOS管（M19）的源极都接地。

第十七MOS管（M17）的源极接电源电压avdd。

所述的电流叠加电路C，包含：

第三十MOS管（M8）的源极接电源电压，栅极接第七MOS管（M7）的栅极，所述第三十MOS管（M8）漏极与第二十一MOS管（M9）的源极相连，所述第二十一MOS管（M9）的栅极接所述第八MOS管（M6）的栅极；第二十一MOS管（M9）的漏极接第二十三MOS管（M23）的栅极，第二十三MOS管（M23）的栅极而与漏极短接并与第二十四MOS管（M24）的栅极连接，所述第二十三MOS管（M23）、第二十四MOS管（M24）的源极均接地agnd。

第五十四MOS管（M54）与第五十三MOS管（M53）的源极接电源电压avdd，第五十四MOS管（M54）与第五十三MOS管（M53）的栅极对接并与第五十三MOS管（M53）的漏极短接，所述第五十四MOS管（M54）的漏极与第二十四MOS管（M24）的漏极相连，所述第五十三MOS管（M53）的漏极与第五十一MOS管（M51）的漏极相连，第五十一MOS管（M51）的源极接地。

所述的调整电路D，包含：

调整MOS管为一大电流的第二十九MOS管（M29），所述第二十九MOS管（M29）的源极接电源电压avdd，漏极为所述LDO电路的输出端，所述第二十九MOS管（M29）的栅极连接第五十四MOS管（M54）的漏极。

所述第一电容作为补偿电容跨接于所述第二十九MOS管（M29）的栅极、漏极之间。

所述的电压采样电流转换电路E，是在所述LDO电路的输出端与地之间串接以二极管模式接法的MOS管构成输出电压检测电路并将所述输出电压转换为反馈电流，并通过电流镜传输到所述电流叠加电路；其中

包含第五十MOS管（M50）及第五十五MOS管（M55），其中，所述第五十MOS管（M50）为栅极、漏极短接并与第五十一MOS管（M51）的栅极相连，所述第五十MOS管（M50）的源极接地；所述第五十五MOS管（M55）的源极接输出电压，其栅极、漏极短接之后与所述第五十MOS管（M50）的漏极相连。

所述的M55对输出电压进行采样，并再经过M50转换为电流，形成负反馈，同时通过与M50管形成对管的M51将反馈电流镜像到电流叠加电路C。

所述的电流叠加电路C其输入端分别接收参考电流产生电路镜像过来的参考电流，以及M51管镜像过来的反馈电流，参考电流与反馈电流进行叠加，然后形成控制电压信号，连接到大电流的调整管M29，根据反馈电流的变化，控制所述调整电路对所述输出电压进行相应的调整。

本发明利用对输出电压进行采样，再通过电压电流转换后，产生反馈电流，和参考电流共同作用叠加，叠加结果再反馈控制LDO的大电流输出管。因为结构简单，但反馈控制能力强，所以整体电路不仅功耗低，而且版图面积很小。

本发明通过参考电流产生电路，产生不特别依赖于电源电压VDDA的参考电流，通过电流镜传输到模块C电路。而在B电路中，输出端和地之间串联接成二极管形式的MOS管M55，构成电压检测电路，同时通过最下面的M50把电压转换成电流，同样通过电流镜传输到模块C，形成一个负反馈的过程，和之前的参考电流进行叠加，比较产生控制电压，控制模块D中导通器件，调节输出锻压VOUT的大小。模块A中M20相当于大电阻的作用，通过控制模块A里面的M20电阻，可以灵活调节参考电流的大小，实现整个电路的功耗控制。整个电路功耗可以做到小于1uA。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。