本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器。

背景技術(shù)：

低壓差線性穩(wěn)壓器(Low Dropout Regulator,LDO)具有輸入、輸出電壓差值小，輸出電壓穩(wěn)定、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，在集成電路中具有廣泛的應(yīng)用。

圖1是經(jīng)典的模擬低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。V_OUT為L(zhǎng)DO的輸出電壓，在反饋環(huán)路的作用下保持穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載R_L、C_L變化時(shí)，誤差放大器輸出的控制電壓V_C隨之改變，控制調(diào)整管M₁的輸出電流，供負(fù)載使用。當(dāng)LDO處于輕負(fù)載狀態(tài)時(shí)，調(diào)整管M₁輸出電流需要很小；當(dāng)LDO處于重負(fù)載狀態(tài)時(shí)，調(diào)整管M₁輸出電流需要很大。然而對(duì)于單個(gè)MOS管而言，最大和最小輸出電流范圍是有限的，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)既能輸出小電流、提高LDO的效率，又能輸出大電流、驅(qū)動(dòng)重負(fù)載。

圖2是數(shù)字低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。LDO的輸出電壓為V_OUT；電阻R_F1、R_F2對(duì)V_OUT分壓取樣后，得到反饋電壓V_F；V_F和參考電壓V_REF通過(guò)比較器進(jìn)行比較，其輸出的數(shù)字信號(hào)D_O提供給數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的控制器；控制器內(nèi)部經(jīng)過(guò)運(yùn)算確定LDO所需的輸出電流，并給出對(duì)應(yīng)的控制字；該控制字控制MOS管M_S1～M_SN的通斷，從而輸出相應(yīng)的電流。在該電路中MOS管M_S1～M_SN打開(kāi)時(shí)作為電流源提供電流，然而其輸出電流容易受到電源電壓和控制電壓的干擾，使得LDO的輸出電流不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，該電路采用多條支路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，每條支路包含串聯(lián)的電流源和開(kāi)關(guān)，多條電流支路可以提供較大的輸出電流，每條支路中的電流源保證了支路電流的穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器，LDO的輸出電壓為V_OUT，電阻R_F1、R_F2對(duì)V_OUT分壓取樣后，得到反饋電壓V_F，V_F和參考電壓V_REF輸入誤差放大器，電壓差被放大后提供給數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的控制器，控制器輸出控制字調(diào)整各支路電流的通斷，使得LDO輸出穩(wěn)定的電流，所述各支路均由開(kāi)關(guān)管和電流源串聯(lián)組成，各支路之間并聯(lián)，連接在電源V_DD和輸出V_OUT之間。

所述電壓差被放大為控制信號(hào)V_C，V_C提供給控制器，所述控制器包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字邏輯控制電路和時(shí)鐘電路，ADC將V_C轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字邏輯控制電路根據(jù)ADC提供的信號(hào)確定LDO需要提供的輸出電流，并輸出對(duì)應(yīng)的控制字；時(shí)鐘電路則給ADC和數(shù)字邏輯控制電路提供時(shí)鐘信號(hào)。

所述電流源和開(kāi)關(guān)管均為MOS管，各開(kāi)關(guān)管由數(shù)字邏輯控制電路輸出的控制字調(diào)節(jié)通斷，開(kāi)關(guān)打開(kāi)則該支路的電流提供給負(fù)載；開(kāi)關(guān)關(guān)斷則該支路無(wú)電流輸出。

本發(fā)明還包括為電流源提供適當(dāng)偏置電壓的偏置電路。

和模擬LDO相比，原單個(gè)調(diào)整管改為多條并聯(lián)的電流支路。各支路的電流可獨(dú)立調(diào)節(jié)，這樣當(dāng)LDO空載的時(shí)候能夠輸出很小的電流；當(dāng)LDO負(fù)載很重的時(shí)候，可以多開(kāi)電流支路輸出很大的電流。所以本發(fā)明提出的LDO具有較大的輸出電流范圍。

和數(shù)字LDO相比，原各支路中的單個(gè)開(kāi)關(guān)管改為開(kāi)關(guān)管和電流源的串聯(lián)，由于電流源具有穩(wěn)定的輸出電流，因此即使電源電壓或開(kāi)關(guān)管的控制電壓發(fā)生變化也不會(huì)影響支路電流的大小，LDO的輸出具有穩(wěn)定的電流。

因此，本發(fā)明通過(guò)使用多條電流源串聯(lián)開(kāi)關(guān)管的支路代替?zhèn)鹘y(tǒng)LDO中的調(diào)整管，可以使得LDO具有較大的輸出電流范圍，且輸出電流穩(wěn)定，不受電源電壓、開(kāi)關(guān)管控制電壓的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是模擬低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖2是數(shù)字低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖3是具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖4是采用數(shù)字控制電路的具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖。

圖5是數(shù)字控制數(shù)字邏輯控制電路的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

本發(fā)明一種具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器原理如圖3所示，LDO的輸出電壓為V_OUT，電阻R_F1、R_F2對(duì)V_OUT分壓取樣后，得到反饋電壓V_F，V_F和參考電壓V_REF輸入誤差放大器，電壓差被放大后提供給數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的控制器，控制器輸出控制字調(diào)整各支路電流的通斷，使得LDO輸出穩(wěn)定的電流，所述各支路均由開(kāi)關(guān)管和電流源串聯(lián)組成，各支路之間并聯(lián)，連接在電源V_DD和輸出V_OUT之間。

具體采用數(shù)字控制電路的具有大輸出電流范圍的低壓差線性穩(wěn)壓器原理圖如圖4所示。V_OUT為L(zhǎng)DO的輸出電壓；R_L、C_L為等效負(fù)載電阻和電容；R_F1、R_F2為輸出取樣電壓，對(duì)V_OUT分壓取樣得到反饋電壓V_F；V_F和參考電壓V_REF共同輸入誤差放大器，其電壓差被放大為控制信號(hào)V_C；V_C提供給數(shù)字控制器。控制器包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)字邏輯控制和時(shí)鐘等電路。ADC將V_C轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字邏輯控制根據(jù)ADC提供的信號(hào)確定LDO需要提供的輸出電流，并輸出對(duì)應(yīng)的控制字；時(shí)鐘則給ADC和數(shù)字邏輯控制電路提供時(shí)鐘信號(hào)。在電源V_DD和輸出V_OUT之間有多條并聯(lián)的支路，每條支路包含作為電流源的MOS管(M₁…M_N)和作為開(kāi)關(guān)的MOS管(M_S1…M_SN)的串聯(lián)。開(kāi)關(guān)M_S1～M_SN由數(shù)字邏輯控制電路輸出的控制字調(diào)節(jié)通斷，開(kāi)關(guān)打開(kāi)則該支路的電流提供給負(fù)載；開(kāi)關(guān)關(guān)斷則該支路無(wú)電流輸出。偏置電路為作為電流源的M₁～M_N管提供適當(dāng)?shù)钠秒妷骸?/p>

數(shù)字控制數(shù)字邏輯控制電路(以下簡(jiǎn)稱數(shù)字邏輯控制電路)的工作流程圖如圖5所示。ADC將誤差放大器給出的控制電壓V_C轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)字邏輯控制電路；數(shù)字邏輯控制電路對(duì)其處理形成誤差電壓編碼；根據(jù)誤差電壓編碼和控制電壓編碼確定是否要改變LDO的輸出電流：如果不需要改變輸出電流，則保持控制電壓編碼，并將其作為新的控制電壓編碼；如果需要改變輸出電流，則根據(jù)誤差電壓編碼和控制電壓編碼產(chǎn)生新的控制電壓編碼；輸出新的控制電壓編碼(即控制字)，并刷新現(xiàn)有控制電壓編碼狀態(tài)，為下一次處理做好準(zhǔn)備。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。