本發明屬于集成電路設計技術領域，特別涉及一種采用模擬電路補償電容的低壓差線性穩壓器。

背景技術：

低壓差線性穩壓器(Low Dropout Regulator,LDO)可為集成電路供電，具有輸出電流穩定、噪聲小、靜態電流小等優點。圖1是典型的LDO原理圖，其中V_OUT是LDO的輸出電壓，為負載供電；R_L、C_L是等效負載電阻和電容；電阻R_F1和R_F2用于對V_OUT進行采樣，得到反饋電壓V_F；V_F和參考電壓V_REF比較，經過誤差放大器AMP放大后得到控制電壓V_C；V_C控制調整管M₁的柵極，從而可以根據負載情況輸出合適的電流。

LDO是一個帶有負反饋的電路，需要考慮其反饋的穩定性。一種改善負反饋環路穩定性的方法是采用密勒補償。如圖2所示，在M₁管的柵極和漏極之間接入電容C_C和電阻R_C。電容C_C起密勒補償作用，當由M₁、R_F1、R_F2、R_L、C_L等元器件構成的放大器具有較高增益的時候，C_C在M₁管的柵極可等效為一個大電容，使得M₁管的柵極節點變成反饋環路的主極點，從而保證環路的穩定性。電阻R_C則用于抵消環路中的零點，進一步提高環路的穩定性。

然而隨著負載的變化，M₁管的柵極控制電壓V_C會發生很大的改變，使得M₁管可能工作在亞閾值區、飽和區、線性區等多種狀態下。這時主要有兩個問題：一是M₁管在不同工作狀態時，由M₁、R_F1、R_F2、R_L、C_L等元器件構成的放大器的增益會有很大的變化，電容C_C等效到M₁管柵極的等效電容隨之改變。二是M₁管在不同工作狀態下，其自身柵極電容也不一樣。因此在不同負載下，反饋環路位于M₁管柵極的主極點頻率是變化的，這會影響電路的穩定性。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種采用模擬電路補償電容的低壓差線性穩壓器，通過檢測調整管柵極電壓、判斷其工作狀態、然后控制連接到其柵極的電容大小，實現電容補償的功能。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種采用模擬電路補償電容的低壓差線性穩壓器，在使用密勒補償的低壓差線性穩壓器電路中，利用電壓檢測電路檢測調整管柵極的電壓，判斷調整管的工作狀態，根據不同工作狀態下調整管柵極的等效電容，通過電容補償電路調整不同工作狀態下調整管柵極節點電容的大小，使其基本不變，進而保證主極點頻率的穩定。

所述使用密勒補償的低壓差線性穩壓器電路中，V_OUT為輸出電壓，為負載供電，等效負載電阻R_L和等效負載電容并聯接在V_OUT與GND之間，通過采樣電阻R_F1和電阻R_F2對V_OUT進行分壓取樣，得到反饋電壓V_F，V_F和參考電壓V_REF進行比較，經過誤差放大器AMP放大后得到控制電壓V_C，V_C控制調整管M₁的柵極電壓，用于密勒補償的電容C_C和用于消除零點的電阻R_C串聯在V_C與V_OUT之間。

所述電壓檢測電路配有緩沖電路，對調整管柵極電壓進行緩沖，提供給后級比較器陣列使用，所述比較器陣列包含多個比較器，每個比較器的一個輸入是電壓檢測及緩沖電路的輸出，另一個輸入是參考電平，各比較器的參考電平不同，根據不同的電平確定調整管所處的工作狀態。

所述電容補償電路包括若干組并聯支路，每組支路由一個電容和一個開關串聯組成，各支路連接在調整管的柵極與電源之間，所述比較器陣列的輸出結果提供給電容開關控制電路，通過電容開關控制電路控制開關各支路中開關的通斷，從而調整連接在調整管柵極上的電容大小。當調整管柵極節點的電容變小時，增加接入的電容支路，使得總電容變大；當調整管柵極節點的電容變大時，減少接入的電容支路，使得總電容變小。

所述調整管的工作狀態包括亞閾值區、飽和區或線性區。

所述調整管在不同工作狀態下的等效電容通過前期電路設計和仿真確定。

與現有技術相比，本發明通過對LDO調整管的柵極電容進行補償，保證反饋環路位于調整管柵極的主極點頻率不隨負載變化，從而保證電路的穩定性。

附圖說明

圖1是模擬低壓差線性穩壓器原理圖。

圖2是帶有密勒補償的模擬低壓差線性穩壓器原理圖。

圖3是對調整管柵極電容進行補償的原理圖。

圖4是采用模擬電路補償調整管柵極電容的低壓差線性穩壓器原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

本發明調整管柵極電容補償方法，其原理如圖3所示。電壓監測電路檢測調整管柵極的電壓。由于調整管漏極、即LDO的輸出電壓是固定的，因此檢測其柵極電壓就可以判斷調整管的工作狀態，例如是位于亞閾值區、飽和區或線性區等。通過前期電路設計和仿真可以大致確定在不同工作狀態下調整管柵極的等效電容。由此可以通過電容補償電路調整不同工作狀態下調整管柵極節點電容的大小，使其基本不變，進而保證主極點頻率的穩定。

采用模擬電路對調整管柵極電容進行補償的LDO如圖4所示。其主體電路仍為使用密勒補償的LDO。V_OUT為LDO的輸出電壓；R_L、C_L為等效負載電阻和電容；電阻R_F1和R_F2對V_OUT進行分壓取樣，得到反饋電壓V_F；V_F和參考電壓V_REF進行比較，經過誤差放大器AMP放大后得到控制電壓V_C；V_C控制調整管M₁的柵極電壓。電容C_C為密勒補償電容，電阻R_C用于消除零點。

本發明在此基礎上增加了電容補償電路。控制電壓V_C提供給電壓檢測及緩沖電路，該電路對電壓V_C進行緩沖、濾波及幅度調整等適當變化，提供給后級比較器陣列使用。比較器陣列包含多個比較器，每個比較器的一個輸入是電壓檢測及緩沖電路的輸出，另一個輸入是參考電平。各比較器的參考電平不同，根據不同的電平可確定調整管所處的工作狀態。比較器陣列的輸出結果提供給電容開關控制電路，該電路控制開關S₁～S_N的通斷，從而可以調整連接在調整管M₁柵極上的電容大小。調整管M₁的柵極和電源之間并聯多條支路，每條支路包含一個電容和一個開關，支路的數量N由具體設計決定。開關斷開，支路電容不接入M₁管的柵極；開關閉合，支路電容接入M₁管的柵極。當M₁管柵極節點的電容變小時，增加接入的電容支路，使得總電容變大；當M₁管柵極節點的電容變大時，減少接入的電容支路，使得總電容變小。通過該控制可以保證M₁管柵極的總電容基本不變。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。