一种具有快速瞬态响应及高电源抑制的多环路低压差线性稳压器

技术领域

本发明涉及低压差线性稳压器，尤其涉及一种具有快速瞬态响应及高电源抑制的多环路低压差线性稳压器。

背景技术

低压差线性稳压器作为片上系统SOC的供电模块，直接用于将开关电源具有很大纹波的输出转换为稳定的电压给片上系统供电。随着单片集成度的提高以及数模混合电路的发展，片上系统不仅具有供电电流不断跳变的数字模块，也具有对电源电压敏感的高精度模拟电路。低压差线性稳压器作为这些模块的直接供电电源，负载电流的变化也会引起低压差线性稳压器输出电流的变化，引起输出电压的过冲和欠冲，而输出电压的变化又会影响到系统的各个模块，例如造成数字模块的不能正确翻转以及引起高精度模拟模块的错误输出。同时由于低压差线性稳压器的输入来自于开关电源，而开关电源的输出通常又具有很大的开关纹波，这些纹波会通过低压差线性稳压器传至系统上的模块从而影响系统的整体性能，所以低压差线性稳压器通常也需要很高的电源抑制能力从而隔离开关电源的输出电压纹波。

低压差线性稳压器的研究方向通常包括提升瞬态响应和提高电源电压两个方向，然而目前这两个方向通常相互独立，只关注于提升某一特性而忽略另一特性。所以在片上供电系统中通常具有多个低压差线性稳压器给不同的模块供电，不同的低压差线性稳压器具有不同的特性。由此提出了一种即提高了瞬态响应抑制过冲和欠冲，又提高了电源抑制比抑制开关电源纹波的低压差稳压器，从而可以将原来需要多个低压差稳压器给不同模块供电变为只需要一个低压差线性稳压器，降低整体电源供电复杂性并节省布局面积。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的局限以及不足，本发明提出一种具有快速瞬态响应及高电源抑制的多环路低压差线性稳压器。该线性稳压器即可抑制负载切换时的过冲和欠冲，也可抑制前级开关电源的输出纹波，以实现单稳压器对片上系统的整体供电，节约成本与空间。

技术方案：

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案在低压差线性稳压器中进行具体应用：

一种具有快速瞬态响应及高电源抑制的多环路低压差线性稳压器，包括主反馈环路，自适应纹波消除环路和电流反馈环路：

所述主反馈环路包括差分电路、求和电路和缓冲器，所述求和电路将所述差分电路产生的误差信号与所述自适应纹波消除环路产生的信号相加；

所述自适应纹波消除环路包括第一电流检测电路和自适应辅助放大器，所述第一电流检测电路检测输出电流调整自适应辅助放大器的增益；

所述电流反馈环路包括第二电流检测电路、电流镜和晶体管MN11、电容C1，所述第二电流检测检测负载电流变化，所述电流镜根据所述第二电流检测电路动态调节缓冲器的电流偏置，同时在负载电力变化时晶体管MP5的电流也发生变化，晶体管MN11工作在线性区，晶体管MP5电流的变化使得电容C1和晶体管MN11连接点的电压发生突变，由于电容两端电压不能突变，将导致电容C1和晶体管MP7栅极连接处的电压也发生突变，使得瞬态响应时，迅速改变缓冲器的电流偏置。

优选的，所述自适应辅助放大器包括跨导运算放大器、电阻、电流镜及一个调整管等比例缩小的N

所述N

g

设置R

公式(2)(3)(4)为低压差线性稳压器的电源抑制比公式推导：

其中，A

有益效果：

本发明采用多环路设计，综合考虑了线性稳压器的瞬态响应特性和电源抑制比。相比于传统的低压差线性稳压器，本发明的稳压器在瞬态响应以及电源抑制比方面均得到了提升，具有更广泛的适用性，进一步提升了供电模块的性能。

附图说明

图1是本发明的低压差线性稳压器系统框图；

图2是本发明的低压差线性稳压器电路图；

图3本发明中电流反馈部分的大信号特性；

图4是本发明中的自适应纹波消除环路系统框图；

图5是本发明中的自适应纹波消除电路电路图；

图6是本发明负载切换时瞬态响应波形仿真图；

图7(a)是本发明100mA负载下的电源抑制比仿真图；

图7(b)本发明200mA负载下的电源抑制比仿真图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

图1为本发明具有快速瞬态响应及高电源抑制的多环路低压差线性稳压器系统框图。如图所示系统框图包括三个环路，即保证稳定的直流输出的主反馈环路，提高电源抑制比的自适应纹波消除反馈环路及提高瞬态响应的电流反馈环路。

图2为本发明的具体电路图，主反馈环路第一级由折叠式共源共栅级组成，第二级是将主反馈环路信号和自适应纹波消除电路信号相加的求和电路，第三极为缓冲级。其余部分还包括调整管，电流检测电路，自适应纹波消除电路以及反馈至缓冲级的电流反馈部分。

图3为电流反馈部分的大信号特性，该部分电路为图2中的调整管、电流镜及缓冲级构成，图中展示了负载电流跃升时候如何提高低压差线性稳压器的瞬态响应。电流检测电路检测到负载电流变化，通过电流镜直接反馈至缓冲器而不需经过前级，缓冲器快速对负载变化做出响应，改变调整管栅极电压以达到该负载条件下稳态调整管的V

图4为自适应纹波消除电路系统框图，其中求和电路、缓冲器和调整管与图2相对应，灰色框是图2中的自适应辅助放大器AUX的具体结构图。辅助放大器由跨导运算放大器，电阻，电流镜及一个调整管等比例缩小的N

设置R

其中L(s)是主反馈环路的传输函数，g

图5为本发明中自适应纹波消除电路和电流检测电路具体电路图，其中电流检测电路与电流反馈电路共用，跨导放大器采用了动态偏置电路保证其在不同负载电流状态下均能正常工作。

图6为负载切换时的瞬态响应仿真结果，负载电流在1mA和500mA之间切换，上升和下降时间为1ns。由仿真结果可得，当负载电流上升阶跃时，欠冲电压为23mV，当负载电流发生下降阶时，上冲电压为9mV，本发明的瞬态响应特性得到提升。

图7(a)(b)分别为不同负载及工艺角情况下的有自适应纹波消除电路和没有自适应纹波消除电路的电源抑制比仿真结果，从仿真结果可得，引入了自适应纹波消除电路相对于没有情况下低压差线性稳压器的电源抑制比得到了提升。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。