本發明屬于集成電路設計技術領域，特別涉及一種采用數字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)是一種提供穩定輸出電壓的供電電路，和DC-DC變換器相比具有輸出電壓紋波小、輸出電流穩定等特點，在集成電路中具有廣泛的應用。

圖1是典型的LDO原理圖，這是一個負反饋電路。當輸出電壓V_OUT上升時，反饋電壓V_F上升；V_F和參考電壓V_REF的差值經過誤差放大器AMP放大后，得到的控制電壓V_C上升；進而V_OUT下降。當負載R_L、C_L發生變化時，輸出電壓V_OUT受參考電壓V_REF的控制，保持不變。

LDO的設計需要考慮其穩定性，一種方法是采用密勒補償技術在M₁管的柵極產生主極點。如圖2所示，電容C_C為密勒補償電容，電阻R_C用于消除密勒補償帶來的零點。

密勒補償中電容C_C等效到M₁管柵極電容的大小等于(A+1)C_C，其中A是由M₁管作為輸入管的放大器增益的絕對值，這一等效的大電容保證環路的主極點位于M₁管的柵極。然而當LDO負載變化的時候，M₁管作為輸入管的放大器的增益A也在變化，等效到M₁管柵極的電容(A+1)C_C也在變化，環路的主極點大小也在變化，環路的穩定性受到影響。

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數字電路補償電容的低壓差線性穩壓器，利用補償電路檢測LDO調整管的工作狀態，并通過數字邏輯控制電路調節連接在調整管柵極的電容大小，從而保證柵極總電容不變，主極點頻率不變，提高LDO環路的穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種采用數字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誤差放大器的輸出電壓，檢測的電壓輸入數模變換器轉換為數字信號，該數字信號輸入數字邏輯控制電路，數字邏輯控制電路判斷調整管的工作狀態，根據預存的信息得出此時需要補償的電容大小，并輸出控制信號，調節電容陣列的通斷，保證調整管柵極的總電容保持不變，從而穩定環路的主極點。

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。

所述電壓檢測電路連接有濾波放大電路，所檢測電壓信號經濾波、放大后傳給數模變換器。

所述數字邏輯控制電路與電壓檢測電路連接對其進行調節，使其輸出滿足數模變換器的輸入要求。

所述電容陣列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柵極與電源V_DD之間，所述數字邏輯控制電路的輸出控制各支路中開關的通斷，使得各支路中電容按照要求接入調整管柵極，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，本發明的有益效果是通過對LDO調整管的柵極電容進行補償，可以使得反饋環路主極點頻率基本不變，從而保證電路的穩定性。而且采用數字補償電路，可以對調整管工作狀態的判斷更加精確，電容的補償方法更加靈活。

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是采用數字電路補償調整管柵極電容的低壓差線性穩壓器原理圖。

圖4是數字控制邏輯電路的工作流程圖。

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。

為了解決使用密勒補償的LDO主極點頻率隨負載變化的問題，本發明提出了采用數字電路補償調整管柵極電容的方法。該電路首先檢測調整管的柵極電壓，該模擬電壓反映了調整管的工作狀態。然后將該電壓經過數模變換器后轉換為數字信號，以便于數字邏輯控制電路處理。接著數字邏輯控制電路判斷調整管的工作狀態，并根據預存的信息得出此時需要補償的電容大小。最后數字邏輯控制電路輸出控制字，調節電容陣列的通斷，保證調整管柵極的總電容保持不變。

采用數字電路對調整管柵極電容進行補償的LDO如圖3所示。其主體電路仍為使用密勒補償的LDO。在此基礎上增加了控制器和電容陣列兩個部分。

控制器包含電壓檢測、數模轉換器(ADC)、數字邏輯控制和時鐘等部分。LDO誤差放大器AMP的輸出電壓V_C傳給電壓檢測電路，該電路為模擬電路，將V_C信號濾波、放大后傳給ADC。ADC將模擬信號轉換為數字信號后傳給數字邏輯控制電路。數字邏輯控制電路根據ADC的數據判斷當前調整管的工作狀態，并結合預存的信息確定此時調整管柵極應有的電容值，然后輸出對應的控制字。此外數字邏輯控制電路還調節電壓檢測電路，使其輸出滿足ADC的輸入要求。時鐘電路則為控制器中的數字電路提供時鐘，該時鐘不會對LDO的輸出產生干擾。

電容陣列包含多條并聯支路，每條支路為開關和電容的串聯，接在調整管M₁的柵極和電源V_DD之間。數字邏輯控制電路輸出的控制字控制開關S₁～S_N的通斷，使得電容C₁～C_N按照要求接入調整管柵極。電容C₁～C_N的數量和電容值的大小需要根據仿真結果確定。

數字邏輯控制電路的基本工作流程如圖4所示。首先根據ADC的輸出數據獲取調整管的工作狀態。由于ADC的精度可以較高，調整管可以細分為多個工作狀態以便于更準確的調節。然后判斷調整管的工作狀態是否發生的變化，即是否需要改變補償電容。如果狀態沒變，則維持原有的控制碼；如果狀態發生了變化，則結合預存信息更新控制碼。最后輸出控制碼調節電容陣列的開關。

根據本發明提出的調整管柵極電容補償方法，也可以使用模擬電路實現對柵極電容的補償。但本發明提出的數字電路補償具有以下優勢：(1)使用數模轉換器將檢測的模擬電壓變為數字信號，具有精度高、抗干擾強的特點；(2)當調整管恰好工作在兩個相鄰工作狀態邊緣的時候，模擬電路可能不變變換補償電容值，難以給出穩定的結果；數字電路可以分辨這一情況并加以解決。(3)電容陣列開關的開合可能對LDO產生影響，數字電路可以通過正確的時序控制保證調節過程更可靠。

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。