低压差线性稳压电路及电路系统的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路设计技术领域，特别涉及一种低压差线性稳压电路及电路系统。


背景技术：

2.低压差(low-dropout)线性稳压器简称ldo，广泛应用于电子系统之中。请参考图1所示，ldo的典型电路一般包括运算放大器ac、功率管mp以及电阻r10(用于形成反馈路径)。ldo电路的输出电压vout经过电阻r10反馈至运算放大器ac的同相输入端，即输出电压vout的反馈电压为vfb，运算放大器ac的反相输入端接入参考电压vref。通常情况下，请参考图2所示，由于反馈的作用，在ldo的电源电压vin建立过程中，当vin小于vref时， vout＝vin，当vin从vref增大到最大值vdd(为一个稳定值)时，vout＝vref，之后维持vin＝vdd，vout＝vref。
3.显然，现有的ldo电路从vin≥vref之后，得到的输出电压vout不再对输入的电源电压vin的改变具有跟随性，因此导致常规ldo电路的应用场景较为单一，在特定情况下可能无法满足实际的应用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种低压差线性稳压电路及电路系统，能够在其接入的电源电压达到或者超过其设定的参考电压之后时，还能使得其输出电压跟随其接入的电源电压改变，以拓宽ldo电路的应用范围。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种低压差线性稳压电路，其包括电源电压跟随模块、第一功率管、第一反馈路径及第一运算放大器；其中，
6.所述电源电压跟随模块耦接在电源电压和所述第一功率管的源端之间，以产生跟随所述电源电压变化的供电电压并提供给所述第一功率管，且所述供电电压小于所述电源电压；
7.所述第一反馈路径提供与所述第一功率管的漏端电压成比例的第一反馈电压；
8.所述第一运算放大器的第一输入端接入所述第一反馈电压，所述第一运算放大器的第二输入端接入一参考电压，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一功率管的栅端。
9.可选地，所述电源电压跟随模块包括电源电压转换电路、第二运算放大器、第二功率管和第二反馈路径；其中，
10.所述电源电压转换电路连接所述电源电压，用于提供与所述电源电压成固定比例的第一电压；
11.所述第二功率管的源端接入所述电源电压，所述第二功率管的漏端连接所述第一功率管的源端，以向所述第一功率管提供所述供电电压；
12.所述第二反馈路径用于提供与所述第二功率管的漏端电压成比例的第二反馈电
压；
13.所述第二运算放大器的第一输入端接入所述第二反馈电压，所述第二运算放大器的第二输入端接入所述第一电压，所述第二运算放大器的输出端连接所述第二功率管的栅端。
14.可选地，所述电源电压转换电路包括电阻分压电路。
15.可选地，所述第一功率管和所述第二功率管都是pmos。
16.可选地，所述低压差线性稳压电路还包括设置在所述第一功率管的漏端和地之间的电阻或者电阻串。
17.可选地，所述的低压差线性稳压电路还包括设置在所述第一功率管的漏端和地之间的电阻或者电阻串。
18.可选地，所述参考电压为固定电压值。
19.本实用新型还提供一种电路系统，其包括：
20.如本实用新型所述低压差线性稳压电路，接入电源电压，并输出相应的输出电压；
21.以及，后级电路，所述后级电路的电源端耦接所述低压差线性稳压电路的输出端，以接入输出电压，并在所述输出电压下工作以实现相应的功能。
22.可选地，所述后级电路包括：
23.工作电压产生模块，具有电源端、参考电压端和输出端，所述工作电压产生模块的电源端接入所述输出电压，所述工作电压产生模块的参考电压端连接所述低压差线性稳压电路的输出端，所述工作电压产生模块的输出端输出相应的工作电压；
24.功能模块，所述功能模块具有电源端和信号接收端，所述功能模块的电源端连接所述工作电压产生模块的输出，以接入所述工作电压，所述信号接收端接收相应的输入信号，所述功能模块在所述工作电压下工作，并对所述输入信号进行相应的处理，以实现相应的功能。
25.与现有技术相比，本实用新型的技术方案至少具有以下有益效果之一：
26.1、本实用新型增设了电源电压跟随模块，向第一功率管的源端提供跟随输入的电源电压变化且小于该电源电压的供电电压，且第一运算放大器的第一输入端接入第一反馈路径所提供的与第一功率管的漏端电压成比例的第一反馈电压，第一运算放大器的第二输入端接入一参考电压，第一运算放大器的输出端连接第一功率管的栅端，由此，在该低压差线性稳压电路输入的电源电压建立过程中，当输入的电源电压较小且使得提供给第一功率管的源端的供电电压低于参考电压时，第一运算放大器控制第一功率管开启(即导通)，并能使得低压差线性稳压电路的输出电压为该供电电压，在输入的电源电压增大的过程中，供电电压随之增大，输出电压也随之增大，可以实现低压差线性稳压电路的输出电压对电源电压变化的跟随，直至该供电电压不小于该参考电压时，输出电压稳定为参考电压，因此实现了低压差线性稳压电路的输出电压的分段控制，有利于提高低压差线性稳压电路整体的电源抑制比(power supply rejection ratio， psrr)。
27.2、由于在电源电压较小时，本实用新型可以使得低压差线性稳压电路的输出电压跟随电源电压改变，因此在电源电压的安全范围内，可以尽可能增大电源电压，以使得低压差线性稳压电路的输出电压尽可能大，且由于第一功率管源端的供电电压小于电源电压，因此能够拓宽电源电压的安全范围，进而拓展了低压差线性稳压电路的应用场景。
28.3、由于在电源电压较高且使得供电电压超过参考电压时，本实用新型能够将低压差线性稳压电路的输出电压维持在稳定值(即固定的参考电压值)，不会继续上升，因此可以保证电路安全、可靠。
附图说明
29.图1是一种已知的ldo的典型电路的结构示意图。
30.图2是图1所示的ldo的输出电压和输入的电源电压之间的关系曲线图。
31.图3是本实用新型一实施例的低压差线性稳压电路的电路架构设计示意图。
32.图4是本实用新型一实施例的低压差线性稳压电路的输出电压和输入的电源电压之间的关系曲线图。
33.图5是本实用新型一实施例的低压差线性稳压电路的具体电路连接示意图。
34.图6是本实用新型一实施例的电路系统的架构设计示意图。
35.图7是本实用新型一实施例的电路系统中的功能模块的一种具体电路连接示意图。
具体实施方式
36.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本实用新型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，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件被称为"连接到"其它元件时，其可以直接地连接其它元件，或者可以存在居间的元件。相反，当元件被称为"直接连接到"其它元件时，则不存在居间的元件。尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件和/或部分，这些元件、部件和/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、部件或部分与另一个元件、部件或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件或部分可表示为第二元件、部件或部分。在此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和 /或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和 /或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。
37.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
38.请参考图3，本实用新型一实施例提供一种低压差线性稳压电路，其包括电源电压跟随模块10、第一功率管mp1、第一反馈路径及第一运算放大器a1，其中，电源电压跟随模块10耦接在电源电压vin和第一功率管mp1的源端之间，以产生跟随输入的电源电压vin变化的供电电压vd_power，并提供给第一功率管mp1；第一反馈路径提供与第一功率管mp1的漏端电压成比例的第一反馈电压vfb1；第一运算放大器a1的第一输入端(可以是同相输入端
)接入第一反馈电压vfb1，第一运算放大器a1的第二输入端(可以是反相输入端
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)接入一参考电压vref，第一运算放大器a1的输出端连接第一功率管mp1 的栅端。
39.本实施例中，参考电压vref为固定电压值，可以是5v、3.3v、1.8v或者更低的电压值。在上电过程中，该低压差线性稳压电路的电源电压vin先是线性增大至最大值vdd而后基本稳定在vdd值。
40.电源电压跟随模块10能够使得其所输出的供电电压vd_power小于其所接收的电源电压vin，例如vd_power＝a*vin，0《a《1。而且，请参考图4所示，由于第一反馈路径的反馈作用，在输入的电源电压vin建立过程中，当 vin《vref时，vout＝vd_power，当vin＝vref时，由于vd_power《vin，所以仍旧是vout＝vd_power，而直到当vd_power≥vref后，才有vout＝vref。可选地，所述第一功率管和所述第二功率管都是pmos。
41.因此，本实施例的低压差线性稳压电路，相对于现有技术，不仅能够实现在输入的电源电压增大的过程中先使得输出电压先跟随电源电压变化而后使得输出电压稳定为参考电压，而且还能够进一步提高低压差线性稳压电路整体的电源抑制比。
42.可选地，本实施例中，电源电压跟随模块10包括电源电压转换电路101、第二运算放大器a0、第二功率管mp0和第二反馈路径。其中，电源电压转换电路101接入电源电压vin，用于提供与电源电压vin成固定比例的第一电压vd0；第二功率管mp0的源端接入电源电压vin，第二功率管mp0的漏端y连接第一功率管mp1的源端，以向第一功率管mp1提供供电电压vd_power；第二反馈路径用于提供与第二功率管mp0的漏端电压(即供电电压vd_power)成比例的第二反馈电压vfb2；第二运算放大器a0的第一输入端(可以为同相输入端 )接入第二反馈电压vfb2，第二运算放大器a0的第二输入端可以为反相输入端-)接入第一电压vd0，第二运算放大器a0的输出端连接第二功率管 mp0的栅端。
43.可选地，第二功率管mp0和第一功率管mp1均为pmos管。在本实用新型的其他实施例中，第二功率管mp0和第一功率管mp1中的一个或者两个可以被替换为nmos管，且nmos管的源端和漏端的接法与本实施例中pmos管的源端和漏端的接法相反。
44.作为一种示例，请参考图5，电源电压转换电路101包括由多个电阻依次串联而成的一电阻分压电路，该电阻分压电路例如是由电阻r0、r1、r2依次串联形成，电阻r0的一端接收所输入的电源电压vin，电阻r2的一端接地，电阻 r0、r1的串联节点为电源电压转换电路101的输出端，输出与输入的电源电压 vin成固定比例(该固定比例大于0且小于1)的第一电压vd0。
45.第二功率管mp0的漏端和地之间还设置有一电阻串，该电阻串的设置及其与第二运算放大器的连接方式决定了第二反馈路径所反馈的第二反馈电压 vfb2与第二功率管mp0的漏端电压(即vd_power)之间的比值。其中该电阻串可以是由多个(该数量不少于2)电阻依次串联而成的另一电阻分压电路，该电阻串例如是由电阻r3、r4、r5依次串联形成，电阻r3的一端连接第二功率管mp0的漏端，电阻r5的一端接地，电阻r3、r4的串联节点连接第二运算放大器a0的第一输入端，以形成第二反馈路径，并向第二运算放大器a0反馈与第二功率管mp0的漏端电压成比例的第二反馈电压vfb2，其中 vfb2/vd_power的值大于0且小于1。
46.第一功率管mp1的漏端和地之间还设置有另一电阻串，该电阻串的设置及其与第一运算放大器a1的连接方式决定了第一反馈路径所反馈的第一反馈电压vfb1与第一功率
管mp1的漏端电压(即vout)之间的比值。其中该电阻串可以是由多个(该数量不少于2)电阻依次串联而成，例如是由电阻r6、r7、r8依次串联形成，电阻r6的一端连接第一功率管mp1的漏端x和第一运算放大器a1的第一输入端并形成第一反馈路径，以向第一运算放大器a1反馈与第一功率管mp1的漏端电压(即vout)成比例的第一反馈电压vfb1，电阻r8的一端接地。此时，vfb1/vout的值等于1。
47.应当理解的是，本实施例的技术方案并不仅仅限定于上述举例，可以在上述举例的基础上进行适当变形，来得到本实施例的其他一些具体示例。例如，当在第一功率管mp1的漏端x和地之间设置有电阻串时，将该电阻串中的某两个电阻的连接节点作为本实用新型的低压差线性稳压电路输出vout的节点，此时， vfb1/vout的值大于0且小于1。再例如，将上述的设置在第一功率管mp1的漏端x和地之间的电阻串替换为一个设置在第一功率管mp1的漏端x和地之间的电阻。又例如，当第二功率管mp0的漏端y和地之间设置有相应的电阻串时，将该电阻串与第二功率管mp0的漏端y的连接节点连接到第二运算放大器a0 的第一输入端，以形成第二反馈路径，此时vfb2/vd_power的值等于1。再例如，将上述的设置在第二功率管mp0的漏端y和地之间的电阻串替换为一个设置在第二功率管mp0的漏端y和地之间的电阻，第二功率管mp0的漏端y 直接连接第二运算放大器a0的第一输入端，以形成第二反馈路径。
48.此外，请参考图6，本实施例还提供一种电路系统，其包括如本实用新型的低压差线性稳压电路(ldo)40以及连接该低压差线性稳压电路40的后级电路 50。其中，该低压差线性稳压电路(ldo)40，接入电源电压vin，并输出相应的输出电压vout；后级电路50的电源端耦接该低压差线性稳压电路40的输出端，并实现相应的功能。
49.可选地，后级电路50包括工作电压产生模块501和功能模块502。其中，工作电压产生模块501具有电源端vdd、参考电压端vref和输出端out，工作电压产生模块501的电源端vdd接入电源电压vin，工作电压产生模块501的参考电压端vref连接低压差线性稳压电路40的输出端，工作电压产生模块501的输出端out输出工作电压vcc。功能模块502具有电源端vcc和信号接收端in，功能模块502的电源端vcc连接工作电压产生模块501的输出，以接入工作电压vcc，功能模块502的信号接收端in接收相应的输入信号input，功能模块 502在工作电压vcc下工作，并对输入信号input进行相应的处理，以实现相应的功能。
50.作为一种示例，功能模块502为一种信号接收器，其能够对所接收的信号进行放大处理，其包括mos管mp2、mp3、mn1、mn2、mn3以及反相器u0， mp2、mp3为pmos管，mn1、mn2和mn3为nmos管，mp2的栅端、mp3 的栅端以及mp2的漏端、mn1的漏端相互连接，mp2的源端和mp3的源端相互连接形成功能模块502的电源端并接入工作电压vcc，mp3的漏端和mn2 的漏端以及反相器u0的输入端相互连接，反相器u0的输出端为功能模块502 的信号输出端，mn2的栅端为功能模块502的信号接收端以接收输入信号input， mn1的栅端接入另一参考电压vref’，mn2的源端、mn1的源端以及mn3的漏端相互连接，mn3的漏端接地，mn3的栅端接入一偏置信号bias。
51.需要说明的是，该电路系统可以应用于高性能数据处理芯片系统或者射频芯片系统等，在该电路系统中，芯片所接收的电源电压vin通常是开关电源电压，其具有纹波和噪声，本实施例的低压差线性稳压电路能够接收该电源电压 vin并将其转换为5v、3.3v、1.8v或者更低的电压值的工作电压vcc，且在该芯片建立过程中，本实施例的低压差线性稳压电
路对输入的电源电压进行分段处理，以具有较高的电源抑制比，由此保证在芯片建立完成后，功能模块502 的工作电压vcc稳定可靠。
52.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本实用新型技术方案的范围。