低压差线性稳压电路及修调控制方法、芯片、电子设备与流程

1.本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种低压差线性稳压电路及其修调控制方法、芯片、电子设备。


背景技术：

2.低压差线性稳压器是一种集成电路稳压器，具有过流保护、过温保护、精密基准源、差分放大器、延迟器等功能。且通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比。为了使低压差线性稳压器的输出电压更精确，一般通过对内部的基准电压进行调整，来弥补输出电压的变化。
3.现有的方案是包括在输出端进行修调和在内部的基准端进行修调两种方式。输出端修调方式不适用于一些具有输出可调功能的低压差线性稳压器。基准端修调方式常通过查表方式进行，仿真繁琐，修调时容易出现错误。
4.因此，期待一种改进的低压差线性稳压电路及其修调控制方法、芯片、电子设备。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种修调更简单且输出电压精度得到提升的低压差线性稳压电路及其修调控制方法、芯片、电子设备。
6.根据本发明的一方面，提供一种低压差线性稳压电路，包括：
7.分压电路，根据第一分压电阻和第二分压电阻对带隙基准电压分压处理以生成参考电压；
8.误差放大电路，与分压电路连接，根据参考电压与输出电压的采样电压生成误差放大电压；
9.输出电路，与误差放大电路连接，根据误差放大电压调节以产生输出电压；以及
10.电压修调电路，与分压电路连接，根据输出电压和目标电压产生修调控制信号，修调控制信号用于对第一分压电阻的阻值进行修调，以使输出电压与目标电压相同，
11.其中，第一分压电阻的修调比例与输出误差比例线性相关，修调比例指第一分压电阻的目标电阻与初始电阻的差值与初始电阻与第二分压电阻的和值之间的比值，初始电阻下对应的参考电压为所述目标电压，输出误差比例指输出电压与目标电压的差值与目标电压之间的比值。
12.可选地，所述第一分压电阻的修调比例与所述输出误差比例相等。
13.可选地，所述电压修调电路还根据所述输出误差比例生成与所述修调比例对应的修调数，并根据所述修调数生成多个修调控制信号，
14.所述第一分压电阻包括：
15.第一开关管；
16.第二开关管；
17.n个串联的修调电阻，n为正整数；
18.第一电阻，一端连接所述带隙基准电压，另一端经由所述第一开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接；
19.第二电阻，一端连接所述带隙基准电压，另一端经由所述第二开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接；
20.第三电阻，连接在n个串联的修调电阻的第二端与参考电压之间；以及
21.n个修调开关管，每个修调开关管分别与一个修调电阻并联，
22.其中，每个开关管由一个修调控制信号控制导通或关断，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻与n个修调电阻的阻值总和。
23.可选地，n个修调电阻的阻值依次呈倍数递增或者递减。
24.可选地，所述修调数包括1个方向位和n个修调位，所述电压修调电路包括：
25.n个第一逻辑门，每个第一逻辑门的第一输入端接收所述修调数的方向位，每个第一逻辑门的第二输入端分别接收一位修调位，每个第一逻辑门的控制端分别与一个修调开关管的控制端连接以提供一个修调控制信号，其中，第一逻辑门的第一输入端的电平状态表征正向修调时其输出端的电平状态与其第二输入端的电平状态一致，第一逻辑门的第一输入端的电平状态表征反向修调时其输出端的电平状态与其第二输入端的电平状态相反；
26.第一非门，输入端接收所述修调数的方向位，输出端与所述第二开关管的控制端连接以提供一个修调控制信号；以及
27.第二非门，输入端与第一非门的输出端连接，输出端与所述第一开关管的控制端连接以提供一个修调控制信号。
28.根据本发明的另一方面，提供一种芯片，包括如上所述的低压差线性稳压电路。
29.根据本发明的又一方面，提供一种电子设备，包括如上所述的芯片。
30.根据本发明的又一方面，提供一种低压差线性稳压电路的修调控制方法，包括：
31.根据第一分压电阻和第二分压电阻对带隙基准电压分压处理以生成参考电压；
32.根据参考电压与输出电压的采样电压生成误差放大电压；
33.根据误差放大电压调节以产生输出电压；
34.根据输出电压和目标电压产生修调控制信号；以及
35.根据修调控制信号对第一分压电阻的阻值进行修调，以使输出电压与目标电压相同，
36.其中，第一分压电阻的修调比例与输出误差比例线性相关，修调比例指第一分压电阻的目标电阻与初始电阻的差值与初始电阻与第二分压电阻的和值之间的比值，初始电阻下对应的参考电压为所述目标电压，输出误差比例指输出电压与目标电压的差值与目标电压之间的比值。
37.可选地，所述第一分压电阻的修调比例与所述输出误差比例相等。
38.可选地，根据输出电压和目标电压产生修调控制信号的步骤包括：
39.根据所述输出误差比例生成与所述修调比例对应的修调数；以及
40.根据所述修调数生成多个修调控制信号，
41.根据修调控制信号对第一分压电阻的阻值进行修调的步骤包括：
42.提供第一开关管、第二开关管、n个修调开关管，每个开关管由一个修调控制信号控制导通或关断；
43.提供n个串联的修调电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一电阻的第一端连接所述带隙基准电压，另一端经由所述第一开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接，第二电阻的一端连接所述带隙基准电压，另一端经由所述第二开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接，连接在n个串联的修调电阻的第二端与参考电压之间，每个修调开关管分别与一个修调电阻并联，
44.其中，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻与n个修调电阻的阻值总和，n为正整数。
45.可选地，n个修调电阻的阻值依次呈倍数递增或者递减。
46.可选地，根据所述修调数生成多个修调控制信号的步骤包括：
47.根据修调数的一个方向位与修调数中的每一个修调位生成提供至每个修调开关管控制端的修调控制信号；
48.将修调数的方向位二次取反以生成提供至第一开关管控制端的修调控制信号；以及
49.将修调数的方向位一次取反以生成提供至第二开关管控制端的修调控制信号，
50.其中，修调数包括1个方向位和n个修调位。
51.本技术实施例提供的低压差线性稳压电路及其修调控制方法、芯片、电子设备，通过根据输出电压与目标电压产生修调控制信号以对第一分压电阻的阻值进行修调，进而通过调整参考电压以在后续调节输出电压使得输出电压等于目标电压，以提升低压差线性稳压电路的输出电压精度。进一步地，本技术的电压修调电路修调第一分压电阻的修调比例与输出误差比例线性相关，进而可以通过简单的电压修调电路提升低压差线性稳压电路的输出电压精度。
52.进一步地，本技术的电压修调电路修调第一分压电阻的修调比例与输出误差比例相等，以通过简单的电压修调电路对第一分压电阻进行修调即可实现对低压差线性稳压电路的输出电压的修调，且同时可以满足预设的修调精度。
附图说明
53.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
54.图1示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的结构示意图；
55.图2示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的电路示意图；
56.图3示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的修调控制方法的流程示意图；
57.图4示出了图3中步骤s400的流程示意图。
具体实施方式
58.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
59.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”另一元件或称元件或电路“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。
60.同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。
61.在本技术中，晶体管可以工作在开关模式或者线性模式，包括选自双极晶体管或场效应晶体管的一种。一般地，晶体管的第一端和第二端分别是电流路径上的高电位端和低电位端，控制端用于接收驱动信号以控制晶体管。mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)包括第一端、第二端和控制端，在mosfet的导通状态，电流从第一端流至第二端。p型mosfet的第一端、第二端和控制端分别为源极、漏极和栅极，n型mosfet的第一端、第二端和控制端分别为漏极、源极和栅极。需要说明，源漏互换型晶体管中的第一端与第二端是对称的，可以互换使用。
62.此外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.图1示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的结构示意图。图2示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的电路示意图。
64.如图1所示，低压差线性稳压电路100包括电压修调电路110、误差放大电路120、输出电路130以及分压电路140。
65.分压电路140根据第一分压电阻和第二分压电阻对带隙基准电压vbg分压处理以生成参考电压vref。误差放大电路120与分压电路140连接，用于根据参考电压vref与输出电压vout的采样电压生成误差放大电压v1。输出电路130与误差放大电路120连接，用于根据误差放大电压v1调节以产生输出电压vout。电压修调电路110与分压电路140连接，用于根据输出电压vout和目标电压产生修调控制信号，修调控制信号用于对第一分压电阻的阻值进行修调，以使输出电压vout与目标电压相同。
66.进一步地，电压修调电路110对第一分压电阻修调的修调比例与输出误差比例线性相关，修调比例指目标电阻与初始电阻的差值与初始电阻与第二分压电阻的和值之间的比值，初始电阻下对应的参考电压vref为目标电压，输出误差比例指采集的输出电压vout与目标电压的差值与目标电压之间的比值。进一步地，第二分压电阻为定值电阻。第一分压电阻的初始电阻的阻值由目标电压、带隙基准电压vbg、第二分压电阻计算得到，即经由第一分压电阻的初始电阻与第二分压电阻将带隙基准电压vbg分压后得到了的电压值等于目标电压。
67.进一步地，低压差线性稳压电路100还包括带隙基准电压产生电路(未示出)，带隙基准电压产生电路采用具有正温度系数的电压产生器产生正温度系数的基准电压，采用具有负温度系数的电压产生器产生负温度系数的基准电压，并对两个基准电压乘以合适的系数使温度对两个基准电压的影响相互补偿，进而得到零温度系数的带隙基准电压。
68.进一步地，本技术通过设置电压修调电路110，以根据输出误差比例得到与之线性相关的修调比例，进而产生与修调比例对应的修调控制信号对第一分压电阻的阻值进行修调，以对参考电压vref进行修调，进而根据修调后的参考电压vref对低压差线性稳压电路100的输出电压vout修调以提升输出电压vout的精确度。进一步地，电压修调电路110的修调比例例如设置为与输出误差比例相等。
69.结合图2所示，分压电路140包括依次串联连接在带隙基准电压vbg与地之间的第一分压电阻141和第二分压电阻r4，第一分压电阻141和第二分压电阻r4之间的连接节点输出参考电压vref。
70.进一步地，第一分压电阻141包括第一开关管m1、第二开关管m2、n个修调开关管(开关管m01、...、开关管m0n-3、开关管m0n-2、开关管m0n-1、开关管m0n)、n个串联的修调电阻(电阻r01、...、电阻r0n-3、电阻r0n-2、电阻r0n-1、电阻r0n)、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻(例如包括串联连接的电阻r31和电阻r32)。其中，n为正整数。第一电阻r1的一端连接带隙基准电压vbg，另一端经由第一开关管m1与n个串联的修调电阻的第一端(电阻r01不与电阻r02直接连接的一端)连接。第二电阻r2的一端连接带隙基准电压vbg，另一端经由第二开关管m2与n个串联的修调电阻的第一端(电阻r01不直接与电阻r02连接的一端)连接。第三电阻中的电阻r31一端与n个串联的修调电阻的第二端(电阻r0n不与电阻r0n-1直接连接的一端)连接，另一端经由电阻r32与参考电压vref连接。每个修调开关管分别与一个修调电阻并联。每个开关管的控制端接收一个修调控制信号，修调控制信号用于控制开关管导通或关断。其中，第一电阻r1的阻值等于第二电阻r2与n个修调电阻的阻值总和。进一步地，n个修调电阻的阻值依次呈倍数递增或者递减。需要说明，上述开关管例如为nmos晶体管。
71.进一步地，误差放大电路120例如包括误差放大器u2，低压差线性稳压电路例如还包括采样电路(未示出)。误差放大器u2的正向输入端经由采样电路接收输出电压vout的采样电压，误差放大器u2的反向输入端接收参考电压vref，误差放大器u2的输出端生成误差放大电压v1。
72.进一步地，输出电路130例如包括功率管m3和电流源i1。功率管m3的源端接收电源电压vcc，功率管m3的源端接收误差放大电压v1，功率管m3的漏端输出输出电压vout并经由电流源i1接地。
73.进一步地，电压修调电路110例如根据输出误差比例生成与修调比例对应的修调数t《0，n》，并根据修调数t《0，n》生成多个修调控制信号。其中，修调数t《0，n》包括1个方向位和n个修调位。进一步地，电压修调电路110包括n个第一逻辑门u1、第一非门not1和第二非门not2。每个第一逻辑门u1的第一输入端接收修调数的方向位t《n》，每个第一逻辑门u1的第二输入端分别接收一位修调位(例如为修调位t《n-1》或、...、或修调位t《3》、或修调位t《2》、或修调位t《1》、或修调位t《1》)，每个第一逻辑门u1的控制端分别与一个修调开关管的控制端连接以提供一个修调控制信号。其中，第一逻辑门u1的第一输入端的电平状态表
征正向修调(例如为高电平)时其输出端的电平状态与其第二输入端的电平状态一致，第一逻辑门的第一输入端的电平状态表征反向修调(例如为低电平)时其输出端的电平状态与其第二输入端的电平状态相反。第一非门not1的输入端接收修调数的方向位t《n》，第一非门not1的输出端与第二开关管m2的控制端连接以提供一个修调控制信号。第二非门not2的输入端与第一非门not1的输出端连接，第二非门not2的输出端与第一开关管m1的控制端连接以提供一个修调控制信号。
74.进一步地，以电压修调电路110的修调比例例如设置为与输出误差比例相等为例。修调数t《0，n》的方向位t《n》的值由输出误差比例的正负决定，例如输出误差比例为正或者为0时表征输出电压高于或者等于目标电压，对应方向位t《n》例如为1，输出误差比例为负时表征输出电压低于目标电压，对应方向位t《n》例如为0。修调数t《0，n》的各修调位t《n》的值由输出误差比例的绝对值决定。
75.示例性地，以目标电压为0.8v为例，n为5为例，带隙基准电压vbg为1.2v。以第一分压电阻141的初始阻值(修调数t《0，n》为初始值时设置的第一分压电阻141的阻值，修调数t《0，n》为初始值时每个位例如均为1，对应的n个修调开关管和第一开关管导通，第二开关管断开)与第二分压电阻r4的总阻值为25个单位电阻的和值。经计算第二分压电阻r4的阻值为0.8
÷
1.2
×
25＝50/3个单位电阻的和值。具体地，第二分压电阻r4例如包括依次串联的电阻r41、电阻r42、电阻r43，电阻r41例如包括16个串联的单位电阻，电阻r42和电阻r43例如分别包括3个彼此并联的单位电阻。经计算第一分压电阻141的初始阻值为25-50/3＝25/3个单位电阻的和值。具体地，例如第三电阻中的电阻r31包括6个串联的单位电阻，第三电阻中的电阻r32包括3个彼此并联的单位电阻，第一电阻r1包括2个串联的单位电阻，第二电阻r2包括16个彼此并联的单位电阻，修调电阻r01包括1个单位电阻，修调电阻r02包括2个彼此并联的单位电阻，修调电阻r03包括4个彼此并联的单位电阻，修调电阻r04包括8个彼此并联的单位电阻，修调电阻r05包括16个彼此并联的单位电阻。
76.对应地，以输出电压vout比目标电压降低1％为例。即输出误差比例为-1％。以电压修调电路110的修调比例例如设置为与输出误差比例相等为例，修调比例为-1％指将第一分压电阻的初始阻值降低1％以得到目标阻值。进而使得分压电路140产生的参考电压vref近似增大1％，以使得在后续基于修调的参考电压vref使得输出电压vout与目标电压相等。需要说明，采用上述修调方式，参考电压vref＝1.2/(r5 r4)*r4，其中，r5指第一分压电阻141的目标电阻的阻值。当输出电压vout比目标电压降低1％时，r5为第一分压电阻的初始阻值降低1％，即经计算对应得到的参考电压vref为目标电压的1.010101倍，近似于增大了1％，误差为0.01％，基本可以忽略误差。对应地，修调数t《0，n》的方向位t《n》设为0以指示反向修调(降低第一分压电阻的初始阻值以得到目标阻值)，第一开关管m1断开，第二开关管m2导通，当修调开关m03导通且其他修调开关断开时将目标电阻修调为在第一分压电阻的初始阻值降低1％，对应地可以计算出修调数t《0，n》的修调位t《2》为0且其他修调位为1。需要说明，根据修调比例计算得到对应的修调数t《0，n》例如采用逻辑电路实现，具有响应迅速的特点，提升了修调速率。
77.对应地，以输出电压vout比目标电压增加1％为例。即输出误差比例为 1％。以电压修调电路110的修调比例例如设置为与输出误差比例相等为例，修调比例为 1％指将第一分压电阻的初始阻值增加1％以得到目标阻值。进而使得分压电路140产生的参考电压
vref近似降低1％，以使得在后续基于修调的参考电压vref使得输出电压vout与目标电压相等。需要说明，采用上述修调方式，参考电压vref＝1.2/(r5 r4)*r4，其中，r5指第一分压电阻141的目标电阻的阻值。当输出电压vout比目标电压增加1％时，r5为第一分压电阻的初始阻值增加1％，即经计算对应得到的参考电压vref为目标电压的0.990099倍，近似于降低了1％，误差为0.01％，基本可以忽略误差。对应地，修调数t《0，n》的方向位t《n》设为1以指示正向修调(增加第一分压电阻的初始阻值以得到目标阻值)，第一开关管m1导通，第二开关管m2断开，当修调开关m03断开且其他修调开关导通时将目标电阻修调为在第一分压电阻的初始阻值增加1％，对应地可以计算出修调数t《0，n》的修调位t《2》为0且其他修调位为1。需要说明，根据修调比例计算得到对应的修调数t《0，n》例如采用逻辑电路实现，具有响应迅速的特点，提升了修调速率。
78.需要说明，上述低压差线性稳压电路的修调方式以带隙基准误差电压为理想状态(电压恒定)为例，主要说明如何修调以解决因误差放大电路120的内部修调电压等因素对输出电压精度造成的影响。本技术的实施不限于此，例如，当带隙基准电压vbg存在偏差引起输出电压偏离目标值时，同样可以通过修调第一分压电阻的阻值以实现对输出电压的修调，进一步地，例如根据带隙基准电压vbg的误差比例、输出电压的输出误差比例确定修调比例进而修调第一分压电阻的阻值。
79.图3示出了根据本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的修调控制方法的流程示意图。图4示出了图3中步骤s400的流程示意图。
80.如图3所示，低压差线性稳压电路的修调控制方法包括以下步骤：
81.步骤s100：根据第一分压电阻和第二分压电阻对带隙基准电压分压处理以生成参考电压。
82.步骤s200：根据参考电压与输出电压的采样电压生成误差放大电压。
83.步骤s300：根据误差放大电压调节以产生输出电压。
84.步骤s400：根据输出电压和目标电压产生修调控制信号。进一步地，如图4所示，步骤s400具体包括：
85.步骤s410：根据输出误差比例生成与修调比例对应的修调数。
86.步骤s420：根据修调数生成多个修调控制信号。进一步地，根据所述修调数生成多个修调控制信号的步骤包括：根据修调数的一个方向位与修调数中的每一个修调位生成提供至每个修调开关管控制端的修调控制信号；将修调数的方向位二次取反以生成提供至第一开关管控制端的修调控制信号；以及将修调数的方向位一次取反以生成提供至第二开关管控制端的修调控制信号，其中，修调数包括1个方向位和n个修调位。
87.步骤s500：根据修调控制信号对第一分压电阻的阻值进行修调，以使输出电压与目标电压相同。进一步地，第一分压电阻的修调比例与输出误差比例线性相关，修调比例指第一分压电阻的目标电阻与初始电阻的差值与初始电阻与第二分压电阻的和值之间的比值，初始电阻下对应的参考电压为所述目标电压，输出误差比例指输出电压与目标电压的差值与目标电压之间的比值。进一步地，第一分压电阻的修调比例与输出误差比例相等。进一步地，步骤s500根据修调控制信号对第一分压电阻的阻值进行修调的步骤包括：提供第一开关管、第二开关管、n个修调开关管，每个开关管由一个修调控制信号控制导通或关断；提供n个串联的修调电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻，第一电阻的第一端连接所述带隙
基准电压，另一端经由所述第一开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接，第二电阻的一端连接所述带隙基准电压，另一端经由所述第二开关管与n个串联的修调电阻的第一端连接，连接在n个串联的修调电阻的第二端与参考电压之间，每个修调开关管分别与一个修调电阻并联，其中，所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻与n个修调电阻的阻值总和，n为正整数。进一步地，n个修调电阻的阻值依次呈倍数递增或者递减。
88.本技术实施例还提供了一种芯片，包括如上所述的低压差线性稳压电路100。进一步地，上述芯片例如可以是低压差线性稳压器。
89.本技术实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的芯片。
90.本技术提供的芯片和电子设备，基于低压差线性稳压电路100输出电压的精确度提升了芯片、电子设备的稳定性。
91.应当说明，本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当
……
时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。
92.依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。