LDO电路、电源管理系统和主控芯片的制作方法

ldo电路、电源管理系统和主控芯片
技术领域
1.本技术涉及供电电路技术领域，尤其涉及ldo电路、电源管理系统和主控芯片。


背景技术：

2.低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)因其静压电流小、输出电压精度高等优点，在各种电子产品的电源电路中广泛使用。随着ldo技术的不断成熟，ldo会被设计成多电压的输出模式，以此来满足各功能单元、元器件的供电需求。
3.现有的ldo在设计多电压的输出模式时，多数采用的方法是利用电阻修调网络来改变输出支路的电阻比，以此来实现多电压输出。电阻修调网络的结构是在ldo的输出支路上串联多个电阻，同时每个电阻会并联一个nmos管，通过控制信号来控制nmos管导通或者截止，来完成输出支路电阻比的调整。
4.但上述的mos管开关结构容易引发一个问题：当ldo的电源电压v
dd
掉电时(即电源电压逐渐掉电至某个电压阈值时)，由于nmos管的电阻特性，nmos管的电阻会因电源电压v
dd
的掉电而增大，由于此时nmos管也等效于一个电阻，这会使ldo输出支路(即电阻修调网络)的电阻比再次发生变化，进而导致ldo的输出电压v
out
发生反冲的问题，即ldo的输出电压v
out
不会因电源电压v
dd
的下降而立即跟随着下降，此时输出电压v
out
可能会冲到某个值，当外接负载的额定电压小于此电压值时，可能为因vdd掉电而损坏负载，因此现有的ldo电路的稳定性和可靠性还有待提高。


技术实现要素：

5.为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本技术提供一种ldo电路、电源管理系统和主控芯片，能避免ldo电路的输出电压因电源电压vdd的掉电而发生反冲的问题。
6.本技术提供一种ldo电路，包括：电压输出单元、电阻修调单元、互补开关单元和开关控制单元；
7.所述电压输出单元的第一输入端用于输入外部基准电压，所述电压输出单元的输出端与所述电阻修调单元连接，所述电压输出单元的第二输入端用于输入由所述电阻修调单元反馈的电压，所述互补开关单元分别与所述开关控制单元和所述电阻修调单元连接；
8.其中，所述开关控制单元根据接收的控制信号控制所述互补开关单元的导通状态调整所述电阻修调单元的电阻比时，所述互补开关单元的等效电阻趋于稳定。
9.进一步地，所述电压输出单元包括运算放大器和开关管，所述运算放大器的反相输入端作为所述电压输出单元的第一输入端，所述运算放大器的反相输入端连接外部的基准电压输出模块，所述运算放大器的正相输入端作为所述电压输出单元的第二输入端，所述运算放大器的正相输入端连接所述电阻修调单元，所述运算放大器的输出端连接所述开关管的栅极，所述开关管的源极连接电源供电端，所述开关管的漏极作为电压输出单元的输出端，开关管的漏极连接所述电阻修调单元。
10.进一步地，所述电压输出单元还包括电容，所述电容的一端连接所述运算放大器
的反相输入端，所述电容的另一端接地。
11.进一步地，所述电阻修调单元包括第一分压电阻、第二分压电阻和若干串联的修调电阻，所述第一分压电阻的一端连接所述开关管的漏极，所述第一分压电阻的另一端依次通过各所述修调电阻、所述第二分压电阻接地，所述第二分压电阻的一端还与所述运算放大器的正相输入端连接，所述修调电阻连接所述互补开关单元和所述运算放大器的正相输入端。
12.进一步地，所述互补开关单元包括数量与所述修调电阻相同的互补开关，每个所述互补开关均包括pmos管和nmos管，所述pmos管的栅极连接所述开关控制单元的第一输出端，所述nmos管的栅极连接所述开关控制单元的第二输出端，所述nmos管的漏极分别连接对应的所述修调电阻的一端和所述pmos管的源极，所述nmos管的源极分别连接所述运算放大器的正相输入端和所述pmos管的漏极。
13.进一步地，所述开关控制单元包括数量与所述互补开关相同的译码器，所述译码器的第一输入端、第二输入端均用于输入所述控制信号，所述译码器的第一输出端与所述pmos管的栅极连接，所述译码器的第二输出端与所述nmos管的栅极连接，所述译码器的电源端与电源供电端连接，所述译码器的接地端接地。
14.进一步地，所述译码器、所述互补开关、所述修调电阻均为至少三个以上，使所述ldo电路输出至少四种以上的电压。
15.本技术又提供一种电源管理系统，包括上述的ldo电路。
16.本技术还提供一种主控芯片，包括上述的电源管理系统。
17.本技术的技术方案，包括：电压输出单元、电阻修调单元、互补开关单元和开关控制单元，在开关控制单元根据接收的控制信号控制所述互补开关单元的导通状态调整所述电阻修调单元的电阻比时，所述互补开关单元的等效电阻趋于稳定，从而能避免输出电压v
out
因电源电压v
dd
的掉电而发生反冲的问题，避免损坏负载，提高了ldo电路的稳定性和可靠性。
18.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
19.通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细地描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
20.图1是本技术实施例示出的ldo电路的框图；
21.图2是本技术实施例示出的ldo电路的电路原理。
22.附图标记说明：ldo电路10、电压输出单元110、电阻修调单元120、互补开关单元130、开关控制单元140、运算放大器k1、开关管q1、电容c1、第一分压电阻r01、第二分压电阻r02、修调电阻r1n、第一修调电阻r11、第二修调电阻r12、第三修调电阻r13、第一互补开关kw1、第二互补开关kw2、第三互补开关kw3、第一nmos管n1、第一pmos管p1、第二nmos管n2、第二pmos管p2、第三nmos管n3、第三pmos管p3、第一译码器y1、第二译码器y2、第三译码器y3。
具体实施方式
23.下面将参照附图更详细地描述本技术的实施方式。虽然附图中显示了本技术的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
24.应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.相关技术中，当ldo电路的电源电压v
dd
发生掉电的情况时(即电源电压逐渐掉电至某个电压阈值时)，由于nmos管的特性，nmos管的电阻会因电源电压v
dd
的掉电而增大，此时nmos管也等效于一个电阻，会使ldo电路输出支路的电阻比再次发生变化，进而导致ldo电路的输出电压v
out
发生反冲的问题，即ldo电路的输出电压v
out
不会因电源电压v
dd
的下降而立即跟随着下降，因此现有的ldo电路的稳定性和可靠性均比较差。
27.因此，针对上述技术问题，本技术提供了一种ldo电路，能够在电源电压v
dd
发生掉电时，使电阻修调单元的电阻比不会发生改变，能够很好地避免输出电压v
out
因电源电压v
dd
的掉电而发生反冲的问题，提高了ldo电路的稳定性和可靠性。
28.以下结合附图详细说明本技术实施例的技术方案。
29.请参阅图1，其为本技术实施例示出的ldo电路的框图。如图1所示，本技术的ldo电路10包括：电压输出单元110、电阻修调单元120、互补开关单元130和开关控制单元140，电压输出单元110的第一输入端连接外部的基准电压输出模块(如带隙基准源)，用于输入外部基准电压v
ref
，电压输出单元110的输出端与电阻修调单元120连接，电阻修调单元120用于改变ldo电路10的电阻比，电压输出单元110的输出端用于输出电压v
out
，电压输出单元110的第二输入端用于输入由电阻修调单元120反馈的电压，并根据反馈的电压调整其输出端的输出电压，实现ldo电路10能够输出多种电压，从而给相应的负载供电。互补开关单元130分别与开关控制单元140和电阻修调单元120连接，由开关控制单元140控制互补开关单元130的导通状态调整电阻修调单元120的电阻比，从而使电压输出单元110的输出端输出相应的电压v
out
。
30.本实施例中，开关控制单元140根据接收的控制信号控制互补开关单元130的导通状态调整电阻修调单元120的电阻比时，互补开关单元130的等效电阻趋于稳定，从而在电源电压v
dd
发生掉电时，使电阻修调单元120的电阻比不会因电源掉电发生改变，很好地避免输出电压v
out
因电源电压v
dd
的掉电而发生反冲的问题，避免损坏负载(特别是额定电压低的
负载)，提高了ldo电路的稳定性和可靠性。
31.请一并参阅图2，其为本技术实施例示出的ldo电路的电路原理。在一实施例中，电压输出单元110包括运算放大器k1和开关管q1，运算放大器k1的反相输入端为电压输出单元110的第一输入端，运算放大器k1的反相输入端连接外部的基准电压输出模块，外部基准电压v
ref
从运算放大器k1的反相输入端输入，运算放大器k1的正相输入端为电压输出单元110的第二输入端，运算放大器k1的正相输入端连接电阻修调单元120，用于接收电阻修调单元120反馈的电压，运算放大器k1的输出端连接开关管q1的栅极，开关管q1的源极连接电源供电端vdd，开关管q1的漏极为电压输出单元110的输出端，开关管q1的漏极连接电阻修调单元120，由开关控制单元140控制互补开关单元130的导通状态，从而控制电阻修调单元120中的电阻接入数量，来调整ldo电路10输出支路的电路比，并反馈相应的电压至运算放大器k1的正相输入端，运算放大器k1根据反馈的电压，调整其输出端的电压，调整输出电压值v
out
。
32.本实施例中，开关管q1为p沟道场效应管(即pmos管)，当开关管q1的栅极为低电平时导通，使电压输出单元110输出电压v
out
，而输出电压v
out
的大小与外部基准电压v
ref
和电阻修调单元120的电阻比相关。
33.应当说明的是，开关管q1也可采用其它类型的开关器件，如pnp三极管等，本实用新型对开关管的类型不作限制。
34.进一步地，在一实施例中，电压输出单元110还包括电容c1，电容c1的一端连接运算放大器k1的反相输入端，电容c1的另一端接地。电容c1为滤波电容，电容c1起到滤波的作用，用于滤除掉杂波信号，从而使运算放大器k1的反相输入端输入一稳定的外部基准电压v
ref
。
35.请继续参阅图1和图2，进一步地，在一实施例中，电阻修调单元120包括第一分压电阻r01、第二分压电阻r02和若干串联的修调电阻r1n，第一分压电阻r01的一端连接开关管q1的漏极，第一分压电阻r01的另一端依次通过各修调电阻r1n、第二分压电阻r02接地，第二分压电阻r02的一端还与所述运算放大器k1的正相输入端连接，修调电阻r1n的一端连接互补开关单元130和运算放大器k1的正相输入端，修调电阻r1n用于改变电阻修调单元120的电阻比，而修调电阻r1n的电阻比由开关控制单元140控制互补开关单元130的导通状态来实现，即开关控制单元140控制互补开关导通时，则对应的修调电阻r1n接入电路中，若开关控制单元140控制互补开关截止，则其对应的修调电阻r1n不接入电路。
36.在一可选的实施例中，互补开关单元130包括数量与修调电阻r1n相同的互补开关，每个互补开关均包括pmos管(图中未标号)和nmos管(图中未标号)，pmos管和nmos管(即n沟道场效应管)为一对互补开关管，即nmos管的漏极与pmos管的源极连接，nmos管n1源极与pmos管p1漏极连接，同时nmos管的漏极连接对应的所述修调电阻的一端，nmos管的源极与运算放大器k1的正相输入端连接，nmos管的栅极连接开关控制单元140的第二输出端连接，pmos管的栅极与开关控制单元140的第一输出端连接，本实施例中，开关控制单元140的第一输出端和第二输出端的数量与互补开关中nmos管和pmos管的数量相同，通过一对第一输出端和第二输出端输出相应的控制信号控制相应的一对pmos管和nmos管同时导通或截止，在pmos管和nmos管导通时，其互补开关的等效电阻趋于稳定。
37.可以理解的是，本实用新型所说的互补开关的等效电阻趋于稳定，是指每一个互
补开关的等效电阻都可以有小浮动，但是整体是稳定的，即整体可以稳定在一个值，比如无限接近15欧姆。
38.本实用新型采用pmos管和nmos管组成互补开关，通过开关控制单元140控制两mos管同时导通或截止，当其中一个mos管损坏时，还可以通过另外一个没有损坏的mos管来调整ldo电路的电阻比，此时相当于增加了一个“保险杠”，进一步提升了ldo电路的可靠性。
39.请继续参阅图1和图2，在一可选的实施例中，开关控制单元140包括数量与互补开关相同的译码器(图中未标号)，所述译码器的第一输入端(1)、第二输入端(2)均用于输入所述控制信号，译码器的第一输出端(3)为开关控制单元的第一输出端，译码器的第一输出端(3)连接pmos管的栅极，译码器的第二输出端(4)为开关控制单元的第二输出端，译码器的第二输出端(4)连接nmos管的栅极，用于控制一个互补开关导通或者使所有互补开关均截止。
40.本实施例中，译码器包括第一输入端(1)、第二输入端(2)，第一输出端(3)、第二输出端(4)，电源端(5)和电源端(6)，其中，两个输入端(3、4)用于接收外部输入的控制信号(该控制信号为数字信号，可由寄存器、mcu芯片等提供)，电源端(5)连接电源供电端vdd，电源端(6)接地。
41.其中，译码器可以为2线-4线类型的译码器或者3线-8线类型的译码器。在互补开关中，nmos管的漏极连接pmos管的源极，nmos管的源极连接pmos管的漏极，译码器根据外部输入的控制信号控制互补开关的导通状态，当需控制互补开关导通时，译码器的第二输出端(3)输出低电平，第一输出端(4)则输出高电平使互补开关导通，此时由于nmos管和pmos管导通时的内阻可“抵消”，使互补开关自身的等效电阻趋于稳定。
42.请继续参阅图2，修调电阻r1n为两个以上，互补开关及译码器的数量与修调电阻r1n相同，第一个互补开关的nmos管的漏极和pmos管的源极连接第一分压电阻r01与第一个修调电阻(即第一修调电阻r11)的节点，其它互补开关的nmos管的漏极和pmos管的源极连接其它修调电阻(即第二修调电阻r12、第三修调电阻r13)之间的节点，从而可通过控制一互补开关导通，调节修调电阻r1n的电阻比。
43.下面以一个具体的实施方式说明本技术的技术方案。
44.以修调电阻r1n包括三个为例，互补开关和译码器均对应为三个，三个修调电阻r1n分别为第一修调电阻r11、第二修调电阻r12和第三修调电阻r13，三个互补开关包括第一互补开关kw1、第二互补开关kw2和第三互补开关kw3，三个译码器分别为第一译码器y1、第二译码器y2和第三译码器y3，而第一互补开关kw1包括第一nmos管n1和第一pmos管p1，第二互补开关kw2包括第二nmos管n2和第二pmos管p2，第三互补开关kw3包括第三nmos管n3和第三pmos管p3。
45.如图2所示，运算放大器k1的反相输入端连接外部的基准电压输出模块、用于输入基准电压v
ref
，运算放大器k1的正相输入端连接第一nmos管n1的源极、第一pmos管p1的漏极、第二nmos管n2的源极、第二pmos管p2的漏极、第三nmos管n3的源极、第三pmos管p3的漏极、第三修调电阻r13的一端和第二分压电阻r02的一端(即第三修调电阻r13与第二分压电阻r02之间的节点)，运算放大器k1的输出端连接开关管q1的栅极，开关管q1的源极连接电源供电端vdd，开关管q1的漏极依次通过第一分压电阻r01、第一修调电阻r11、第二修调电阻r12、第三修调电阻r13、第二分压电阻r02接地。
46.第一nmos管n1的漏极连接第一pmos管p1的源极，第一nmos管n1的栅极连接第一译码器y1的第二输出端(4)，第一pmos管p1的栅极连接第一译码器y1的第一输出端(3)；第二nmos管n2的漏极连接第二pmos管p2的源极，第二nmos管n2的栅极连接第二译码器y2的第二输出端(4)，第二pmos管p2的栅极连接第二译码器y2的第一输出端(3)；第三nmos管n3的漏极连接第三pmos管p3的源极，第三nmos管n3的栅极连接第三译码器y3的第二输出端(4)，第三pmos管p3的栅极连接第三译码器y3的第一输出端(3)。
47.当需要改变ldo电路的输出电压v
out
时，通过译码器控制相应的互补开关导通或者截止，进而改变ldo电路的输出支路的电阻比，进而完成对输出电压v
out
的电压值调整。
48.具体地，当第一互补开关kw1导通、第二互补开关kw2和第三互补开关kw3断开时，ldo电路的输出电压为：
[0049]vout
＝v
ref
*(1 r01/r02)(1)
[0050]
当第二互补开关kw2导通、第一互补开关kw1和第三互补开关kw3断开时，ldo电路的输出电压为：
[0051]vout
＝v
ref
*(1 (r01 r11)/r02)(2)
[0052]
当第三互补开关kw3导通、第一互补开关kw1和第二互补开关kw2断开时，ldo电路的输出电压为：
[0053]vout
＝v
ref
*(1 (r01 r11 r12)/r02)(3)
[0054]
当第一互补开关kw1、第二互补开关kw2和第三互补开关kw3均断开时，ldo电路的输出电压为：
[0055]vout
＝v
ref
*(1 (r01 r11 r12 r13)/r02)(4)
[0056]
本实用新型通过三个译码器、三个互补开关、三个修调电阻r1n使ldo电路可输出4种电压。在工作时，三个互补开关每次只导通其中一个，或者三个互补开关均断开，且nmos管的栅极与pmos管的栅极输入的信号相反，即在需使互补开关导通时，控制nmos管的栅极为高电压(高电平)、pmos管的栅极低电压(低电平)，反之，在需使互补开关断开时，控制nmos管的栅极为低电压(低电平)、pmos管的栅极高电压(高电平)，具体由译码器控制。
[0057]
由于互补开关由nmos管和pmos管组成的，当电源供电端vdd发生掉电情况时，例如v
dd
的电压低于2v时，根据nmos管的电阻特性：
[0058]rn
＝1/kn(v
gs-v
thn
)2(5)
[0059]
其中，rn为nmos管的当前阻值，kn为nmos管的常数系数，与nmos管自身有关，v
gs
为nmos管栅极与源极的电压差，v
thn
为nmos管的导通阈值电压。由于nmos管栅极的电压是从其对应的译码器的第4脚(即译码器的第二输出端)输入进来的，而译码器的电源端(5)连接电源供电端vdd，当电源电压v
dd
发生掉电时，会使输入至nmos管栅极的电压也会下降，则v
gs
会变小，此时rn就会变大。
[0060]
而pmos管则与nmos管的特性相反，当电源电压v
dd
发生掉电情况时，例如v
dd
的电压低于2v时，根据pmos管的电阻特性：
[0061]rp
＝1/k
p
(|v
sg
|-|v
thp
|)2(6)
[0062]
其中，r
p
为pmos管的当前电流值，k
p
为pmos管的常数系数，与pmos管自身有关，v
sg
为pmos管源极与栅极的电压差，v
thp
为pmos管的导通阈值电压。由于pmos管栅极的电压是从其对应的译码器的第3脚(即译码器的第一输出端)输入进来的，而译码器的电源端(5)连接
电源供电端，当电源电压v
dd
发生掉电时，会使输入至pmos管栅极的电压也会下降，则v
sg
则会变大，此时r
p
就会变小。
[0063]
因此，即使发生电源电压v
dd
发生掉电的情况，因rn的变大和r
p
的变小而相互“抵消”，使互补开关自身的等效电阻趋于稳定，从而使ldo电路的输出支路的电阻比不会发生明显改变，因此本实用新型能够很好地避免输出电压v
out
因电源电压v
dd
的掉电而发生反冲的问题，提高了ldo电路的稳定性和可靠性。
[0064]
应当说明的是，译码器、互补开关、修调电阻r1n的数量并不限定于3个，也可以为三个以上，使ldo电路输出四种以上的电压，具体可根据需要灵活增减译码器、互补开关、修调电阻r1n的数量，当修调电阻r1n的数量变化时，译码器、互补开关的数量也需要相应变化。
[0065]
进一步地，基于上述的ldo电路，本实用新型还提供一种电源管理系统，电源管理系统用于输出多种供电电压如5v、3.3v、2.7v等。电源管理系统包括ldo电路，ldo电路可改变其输出支路的电阻比，输出不同的电压v
out
，从而使电源管理系统能够输出多种供电电压。由于上文已对ldo电路的电路结构和工作原理进行了详细描述，此处不再赘述。
[0066]
进一步地，基于上述的电源管理系统，本实用新型还提供一种主控芯片，其包括电源管理系统，使得主控芯片能够输出多种电压。
[0067]
当利用本实用新型的主控芯片生产u盘(usb闪存盘)时，由于现有u盘的存储单元是闪存颗粒(nandflash，nf)，而不同种类或者型号的闪存颗粒要求的电源电压是不同的，且因半导体市场供应问题，u盘生产商无法保证能购买到何种类型的闪存颗粒，例如u盘生产想要购买电源电压是3.3v的闪存颗粒，但如果市场没有3.3v的闪存颗粒，只有2.5v的闪存颗粒，若主控芯片只能输出3.3v的电压对闪存颗粒供电，则u盘生产商就无法购买2.5v的闪存颗粒，如果发生这种情况会严重影响u盘生产商的生产效率。但如果采用内置有上述ldo电路的主控芯片，u盘生产商就能够根据市场上供应的闪存颗粒来灵活挑选，只需使主控芯片根据闪存颗粒要求的电压输出相应的电源电压即可。
[0068]
上文中已经参考附图详细描述了本技术的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必需的。另外，可以理解，本技术实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本技术实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
[0069]
以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。