电压抑制电路的制作方法

1.本发明涉及芯片电路设计技术领域，尤其涉及一种电压抑制电路。


背景技术：

2.低压差线性稳压器(low-dropout regulator，ldo)是非常常用的电源管理模块，可以提供稳定的电压给系统或者模块。但是当ldo负载电流变化时输出电压会有过冲(当电流负载从大变小)和负冲(当电流负载从小变大)。过冲电压太高的话有可能会让系统损坏，过冲电压太低的话有可能系统会不工作，所以如何抑因为电流负载变化带来的过冲和负冲是ldo设计的关键指标之一。
3.现在ldo增强电源抑制的主流做法包括如下几种：第一种是加大输出电容，利用电荷共享(charge sharing)原理，缩小过冲和负冲电压，但是这样会影响ldo稳定性或让ldo的带宽降低反应变慢，而且需要很大电容，浪费芯片面积；第二种是增加反馈网络的泄电能力来降低过冲，但是会增加ldo功耗；第三种提高ldo的带宽，让其能快速响应，但是这样会在负载变化很快的时候，比如ns级变化并没有明显效果，因为ldo带宽在mhz量级，改变不大；而且会增加功耗，影响稳定性；第四种是用nmos功率管，可以帮助改善负脉冲信号undershoot，但是这样需要更高电压驱动nmos栅极，对系统设计可能带来麻烦。
4.因此，有必要提供一种新型的电压抑制电路以解决现有技术中存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电压抑制电路，能够对电压的过冲负冲进行有效抑制，提高输出电压的稳定性。
6.为实现上述目的，本发明的所述一种电压抑制电路，包括信号处理模块、功率管、反馈模块、负载模块、第一钳制电路和第二钳制电路，所述信号处理模块的输出端与所述功率管的栅极电连接，所述功率管的漏极与所述反馈模块的输入端电连接，所述反馈模块的输出端与所述信号处理模块的第一输入端电连接，所述信号处理模块的第二输入端输入参考电压，且所述反馈模块的接地端接地，所述功率管的漏极还与电压输出端电连接，所述负载模块的一端与所述功率管的漏极电连接，所述负载模块的另一端接地，所述第一钳制电路和所述第二钳制电路的一端与所述功率管的漏极电连接，所述第一钳制电路的另一端、所述功率管的源极均接输入电源，所述第二钳制电路的另一端接地。
7.本发明所述电压抑制电路的有益效果在于：通过在电压输出端和功率管的漏极之间增加第一钳位电路和第二钳位电路，以分别对负冲电压和过冲电压进行抑制，使得整个电路的电压输出端输出稳定的电压，而且在整个电路正常工作时第一钳位电路和第二钳位电路不工作，从而不会增加多余的功耗，不会影响整个电路的稳定性。
8.可选的，所述第一钳制电路包括第一电阻、第一电容和pmos管，所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端均与所述pmos管的栅极电连接，所述第一电阻的另一端和所述pmos管的源极均接输入电源，所述第一电容的另一端和所述pmos管的漏极均与所述功率管
的漏极电连接。
9.可选的，所述第二钳制电路包括第二电阻、第二电容和nmos管，所述第二电阻一端和所述第二电容一端均与所述nmos管的栅极电连接，所述第二电阻另一端和所述nmos管的源极接地，所述第二电容另一端和所述nmos管的漏极均与所述功率管的漏极电连接。
10.可选的，所述负载模块包括负载电容和负载电阻，所述负载电容一端和所述负载电阻一端均接地，所述负载电容另一端和所述负载电阻另一端均与所述功率管的漏极电连接。
11.可选的，所述信号处理模块为误差信号放大器，所述误差信号放大器的正输入端与所述反馈模块的输出端电连接，所述误差信号放大器的负输入端输入所述参考电压，所述误差信号放大器的电源端接所述输入电源。
12.可选的，所述信号处理模块包括运算放大器或滤波器。
附图说明
13.图1为现有技术中的ldo的电路图。
14.图2为现有技术中的ldo中过冲负冲的电压电流波形图。
15.图3为现有技术中的ldo中发生负冲时的状态示意图。
16.图4为现有技术中的ldo中发生过冲时的状态示意图。
17.图5为本发明所述电压抑制电路的整体结构框图。
18.图6为本发明所述电压抑制电路的电路图。
19.图7为本发明所述电压抑制电路中过冲负冲时的电压电流波形图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
21.在现有技术中，常规的低压差线性稳压器ldo，其电路图参考图1，包括误差信号放大器a、功率管mp、反馈模块f、电阻r
l
和电容c
l
，其中，误差信号放大器a的负输入端输入参考电压v
ref
，电源端接输入电源，其输出端与功率管mp的栅极电连接以输出电压v1，功率管mp的漏极与反馈模块f的输入端、电压输出端vout电连接，而反馈模块f的输出端与误差信号放大器a的正输入端电连接，以将输出电压v
fb
输入至误差信号放大器a，功率管mp的源极接输入电源，电阻r
l
一端和电容c
l
一端均接地，电阻r
l
另一端和电容c
l
另一端均与电压输出端vout电连接。
22.但是针对图1中的电路，但是当ldo负载电流i
l
变化时输出电压会有过冲over shoot(当电流负载从大变小)和负冲under shoot(当电流负载从小变大)，参考图2，过冲电压太高的话有可能会让系统损坏，过冲电压太低的话有可能系统会不工作。
23.具体的，当ldo负载电流发生变化时，变化速度一般会非常快，比如ns量级。一般ldo的带宽在mhz，负载发生变化的一瞬间ldo反应速度跟不上。当图1中的电路发生负冲情况时，参考图3，当负载电流有一个阶跃变化，从i
l1
瞬间上升到i
l2
，因为ldo反应速度跟不上，由功率管mp提供的电流ic1不够补偿负载电流的变化(i
l2-i
l1
)，会发生瞬态负冲under shoot，同时负载电容会产生电荷共享现象，得到电流i
c2
，根据电荷共享原理，电容值越大，负冲电压值越小。而当图1中的电路发生过冲情况时，参考图4，当负载电流有一个阶跃变化，从i
l2
瞬间下降到i
l1
，因为ldo反应速度跟不上，而且反馈模块f的泄电能力有限，只能处理部分电流i
d1
，而多余电流i
d2
会注入到负载电容c
l
，产生过冲现象over shoot，根据电荷共享原理，电容值越大，过冲电压值越小。
24.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种电压抑制电路，参考图5，包括信号处理模块51、功率管52、反馈模块53、负载模块54、第一钳制电路55和第二钳制电路56，所述信号处理模块51的输出端与所述功率管52的栅极电连接，所述功率管52的漏极与所述反馈模块53的输入端电连接，所述反馈模块53的输出端与所述信号处理模块51的第一输入端电连接，以输出电压v
fb
，所述信号处理模块51的第二输入端输入参考电压v
ref
，且所述反馈模块53的接地端接地gnd，所述功率管52的漏极还与电压输出端vout电连接，所述负载模块54的一端与所述功率管52的漏极电连接，所述负载模块54的另一端接地gnd，所述第一钳制电路55和所述第二钳制电路56的一端与所述功率管52的漏极电连接，所述第一钳制电路55的另一端、所述功率管52的源极均接输入电源vin，所述第二钳制电路56的另一端接地gnd。
25.在本实施例中，通过在电源输出端vout与接地和输入电源vin之间分别接入第一钳制电路55和第二钳制电路56，不会影响整个电路的正常工作和稳定性，也不会增加静态功耗，只会在发生过冲和负冲时工作，从而对电路的过冲和负冲进行有效抑制，提高最终输出电压的稳定性。
26.在一些实施例中，参考图图6，所述第一钳制电路55包括第一电阻551、第一电容552和pmos管553，所述第一电阻551的一端和所述第一电容552的一端均与所述pmos管553的栅极电连接，所述第一电阻551的另一端和所述pmos管553的源极均接输入电源vin，所述第一电容552的另一端和所述pmos管553的漏极均与所述功率管52的漏极电连接；所述第二钳制电路56包括第二电阻561、第二电容562和nmos管563，所述第二电阻561一端和所述第二电容562一端均与所述nmos管563的栅极电连接，所述第二电阻561另一端和所述nmos管563的源极接地gnd，所述第二电容562另一端和所述nmos管563的漏极均与所述功率管52的漏极电连接，所述负载模块54包括负载电容541和负载电阻542，所述负载电容541一端和所述负载电阻542一端均接地gnd，所述负载电容541另一端和所述负载电阻542另一端均与所述功率管52的漏极电连接。
27.在一些实施例中，所述信号处理模块51为误差信号放大器，所述误差信号放大器的正输入端与所述反馈模块53的输出端电连接，所述误差信号放大器的负输入端输入所述参考电压v
ref
，所述误差信号放大器的电源端接所述输入电源vin，从而形成低压差线性稳压器ldo，以便于输出稳定的电压。
28.示例性的，以信号处理模块51为误差信号放大器的ldo进行说明，第一钳制电路55包括第一电阻551、第一电容552和pmos管553，所述第二钳制电路56包括第二电阻561、第二
电容562和nmos管563，其中电阻和电容会决定钳制电路的反应速度和工作时间，pmos管553和nmos管563产生发生负载电流阶跃变化时的补偿电流。
29.当ldo正常工作时，即负载电流没有发生变化时，此时因为vout没有变化，钳制电路中的第一电容552和第二电容562均处于断开状态，pmos管553和nmos管563被第一电阻551和第二电阻561连接到电源和地，栅源电压为0，相当于关断状态，即对电路没有任何影响，也没有多余功耗。
30.参考图7，当负载电流i
l
阶跃升高时，电压输出端vout负冲变低，此时第一钳制电路55开始工作。因为是瞬态信号，第一钳制电路55中的第一电容552近似短接，pmos管553的栅极电压v
ch
跟随vout变化，从而在pmos管553上产生负向栅源电压，此时pmos管553导通，输出电流补偿突然增加的部分负载电流，从而抑制负冲电压。之后电压v
ch
会按照第一电阻551和第一电容552形成的时间常数恢复到电源电压，pmos管553重新回到关闭状态，没有电流输出，而在第一钳制电路55工作到关闭期间，ldo同时反应并最终承担输出电压的调制作用。
31.当负载电流i
l
阶跃降低时，电压输出端vout过冲变高，此时第二钳制电路56开始工作。因为是瞬态信号，第二钳制电路56中的第二电容562近似短接，nmos管563的栅极电压v
cl
跟随vout变化从而在nmos管563上产生正向栅源电压，此时nmos管563导通，下拉电流补偿突然降低的部分负载电流，从而抑制过冲电压。之后nmos管563会按照第二电阻561、第二电容562形成的时间常数恢复到电源电压，nmos管563重新回到关闭状态，没有电流下拉。在第二钳制电路56工作到关闭期间，ldo同时反应并最终承担输出电压的调制作用。而且因为pmos和nmos的导通原理，第一钳制电路55和第二钳制电路56不会同时工作。
32.在一些实施例中，所述信号处理模块51包括运算放大器或滤波器，以对运算放大器或滤波器的输出进行过冲负冲抑制，提高输出结果的稳定性。
33.本发明通过在电压输出端和功率管的漏极之间增加第一钳位电路和第二钳位电路，以分别对负冲电压和过冲电压进行抑制，使得整个电路的电压输出端输出稳定的电压，而且在整个电路正常工作时第一钳位电路和第二钳位电路不工作，从而不会增加多余的功耗，不会影响整个电路的稳定性，基于传统ldo架构，通过增加第一钳制电路55和第二钳制电路56实现过冲负冲抑制，电路结构简单，能够有效对过冲负冲抑制提升。
34.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

技术特征：
1.一种电压抑制电路，其特征在于，包括信号处理模块、功率管、反馈模块、负载模块、第一钳制电路和第二钳制电路，所述信号处理模块的输出端与所述功率管的栅极电连接，所述功率管的漏极与所述反馈模块的输入端电连接，所述反馈模块的输出端与所述信号处理模块的第一输入端电连接，所述信号处理模块的第二输入端输入参考电压，且所述反馈模块的接地端接地，所述功率管的漏极还与电压输出端电连接，所述负载模块的一端与所述功率管的漏极电连接，所述负载模块的另一端接地，所述第一钳制电路和所述第二钳制电路的一端与所述功率管的漏极电连接，所述第一钳制电路的另一端、所述功率管的源极均接输入电源，所述第二钳制电路的另一端接地。2.根据权利要求1所述的电压抑制电路，其特征在于，所述第一钳制电路包括第一电阻、第一电容和pmos管，所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端均与所述pmos管的栅极电连接，所述第一电阻的另一端和所述pmos管的源极均接输入电源，所述第一电容的另一端和所述pmos管的漏极均与所述功率管的漏极电连接。3.根据权利要求2所述的电压抑制电路，其特征在于，所述第二钳制电路包括第二电阻、第二电容和nmos管，所述第二电阻一端和所述第二电容一端均与所述nmos管的栅极电连接，所述第二电阻另一端和所述nmos管的源极接地，所述第二电容另一端和所述nmos管的漏极均与所述功率管的漏极电连接。4.根据权利要求1至3任一项所述的电压抑制电路，其特征在于，所述负载模块包括负载电容和负载电阻，所述负载电容一端和所述负载电阻一端均接地，所述负载电容另一端和所述负载电阻另一端均与所述功率管的漏极电连接。5.根据权利要求4所述的电压抑制电路，其特征在于，所述信号处理模块为误差信号放大器，所述误差信号放大器的正输入端与所述反馈模块的输出端电连接，所述误差信号放大器的负输入端输入所述参考电压，所述误差信号放大器的电源端接所述输入电源。6.根据权利要求4所述的电压抑制电路，其特征在于，所述信号处理模块包括运算放大器或滤波器。

技术总结
本发明提供了一种电压抑制电路，包括信号处理模块、功率管、反馈模块、负载模块、第一钳制电路和第二钳制电路，信号处理模块的输出端与功率管的栅极电连接，功率管的漏极与反馈模块的输入端电连接，反馈模块的输出端与信号处理模块的第一输入端电连接，信号处理模块的第二输入端输入参考电压，且反馈模块的接地端接地，功率管的漏极还与电压输出端电连接，负载模块的一端与功率管的漏极电连接，负载模块的另一端接地，第一钳制电路和第二钳制电路的一端与功率管的漏极电连接，第一钳制电路的另一端、功率管的源极均接输入电源，第二钳制电路的另一端接地。本发明能够对电压的过冲负冲进行有效抑制，提高输出电压的稳定性。提高输出电压的稳定性。提高输出电压的稳定性。


技术研发人员：张京华 朱浩尘
受保护的技术使用者：芯翼信息科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/14