一种应用于NAND存储的高稳定性电源芯片的制作方法

一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片
技术领域
1.本技术涉及电源管理领域，特别涉及到一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片。


背景技术：

2.nand闪存是一种大存储容量、非易失性的存储器，主要用于嵌入式系统和移动设备存储，广泛应用在各类电子产品中。随着技术的发展，数据越来越多，使得闪存的需求持续增长。闪存存储容量增加以及读写速度不断提高，导致对闪存的电源管理的要求越来越高。在实际应用中，为了确保nand闪存和系统的正常运行，通常会采用专门的电源管理芯片(ldo)来控制其供电。电源管理芯片通常集成了多种保护功能，例如过压保护、欠压保护、短路保护等，以保障系统的稳定性和安全性。在纳米工艺下，闪存供电的主要方式采取大的输出电容来满足大电流负载时的稳定性和瞬态响应速度要求，这样容易导致不稳定。所以，迫切需要输出电压稳定、占用面积小、低噪声的电源管理芯片，以适应nand存储的不断发展。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，解决现有技术中电源芯片瞬态响应时不稳定的问题。
4.为实现上述目的，本技术实施例采用以下技术方案：一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，包括：误差放大器；瞬态增强电路，所述瞬态增强电路与所述误差放大器并联，所述瞬态增强电路包括充电通路和放电通路；功率管电路，所述功率管电路接入所述高稳定性电源芯片的输入电压vdd，并输出高稳定性电源芯片的输出电压vout；反馈电路，所述反馈电路与所述功率管电路串联，所述反馈电路输出反馈电压vfb至误差放大器；其中，当所述高稳定性电源芯片的电路为稳态时，所述瞬态增强电路的充电通路和放电通路均不工作；当所述高稳定性电源芯片的电路负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启，向所述功率管电路注入电流，降低所述输出电压vout；当所述高稳定性电源芯片的电路负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启，向所述功率管电路抽取电路，增大所述输出电压vout。
5.在上述技术方案中，本技术实施例通过在误差放大器和功率管之间设置瞬态增强电路，当电路处于稳态时，瞬态增强电路不工作，对误差放大器和功率管组成的主环路没有影响；当负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启；当负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启，提升ldo负载瞬态响应速度，并且降低过冲和下冲电压。
6.进一步地，根据本技术实施例，其中，误差放大器包括pmos管p1-p4和nmos管n1-n4，p1的栅极连接p2的栅极和漏极，p1的漏极连接n3的栅极和漏极；n1的栅极接入基准电压v
ref
，n1的漏极与p2的源极连接；n2的栅极接入来自反馈电路的反馈电压v
fb
，n2的漏极与p3的漏极连接；n1和n2的源极相接并连接尾电流源nmos管n11；p4的栅极连接p3的栅极的漏极，p4的漏极和n4的漏极连接，n3和n4的源极接地。
7.进一步地，根据本技术实施例，其中，瞬态增强电路包括pmos管p5-p9和nmos管n5-n9，p5的漏极与n5的漏极连接；p6的栅极连接p5的栅极和漏极，p6的漏极连接n6的漏极；p7的漏极连接n7的漏极；n7的栅极连接n4的漏极和栅极；p8的漏极连接p9的源极，p9的漏极连接n9的漏极，n9的源极连接n8的源极；n9的栅极与n7的源极连接，p9的栅极与p6的漏极链接；p7和p8的栅极外接工作电压v
b2
，n6和n8的栅极外接工作电压v
b1
。
8.进一步地，根据本技术实施例，其中，功率管电路包括pmos管p10、nmos管n10以及功率管mp，p10的栅极连接p3的栅极，n10的栅极与n3的栅极和n11的栅极连接，p10的漏极和n10的漏极连接。mp的漏极和p10的漏极连接，mp的漏极为高稳定性电源芯片的输出极。
9.进一步地，根据本技术实施例，其中，p10和mp的漏极之间还并联有调零电阻rm和密勒补偿电容cm。
10.进一步地，根据本技术实施例，其中，反馈电路包括反馈电路包括电阻r1和r2，r1和r2与mp的漏极串联，r1和r2之间的电压为反馈电压v
fb
。
11.进一步地，根据本技术实施例，其中，当电路处于稳态时，对于瞬态增强电路的充电通路，通过分别由n3、n4及p4、p6组成的电流镜的复制将误差放大器中p2的漏极电压传递到p6的栅极；设置p6与n6的宽长比为p6：n6＝n：1，因此p6工作在线性区，其漏端输出高电平，使v
gsp9
＜v
th
，从而p9管关闭，瞬态增强电路的充电通路不工作。
12.进一步地，根据本技术实施例，其中，当电路处于稳态时，对于瞬态增强电路的放电通路，通过分别由p1、p4及n4、n7组成的电流镜将误差放大器中p3的漏极电压传递到n7的栅极，并设置n7与p7管的宽长比为n7：p7＝n：1，因此n7管工作在线性区，其漏极输出低电平，使v
gsn9
＜v
th
，从而n9管关闭，瞬态增强电路的放电通路不工作。
13.进一步地，根据本技术实施例，其中，当负载由重载变为轻载时，经过由电阻r1、r2组成的反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
fb
升高，n2的栅源电压v
gsn2
增大，使得尾电流源n11将更多的电流分配给n2，同时流过n1的电流减小，p2漏极电压升高，经过电流镜的镜像作用，反应到p6管的栅极电压增大，由于p6的负载n6是一个恒流源，因此p6漏极电压降低，使v
gsp9
》v
th
，p9导通，将恒流源p8上的电流注入功率管mp栅极。
14.进一步地，根据本技术实施例，其中，当负载突变为重载时，经过反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
fb
降低，n2的栅源电压v
gsn2
减小，使得尾电流源n11减小了给n2的电流配额，p3只能升高自己的漏极电压以适应分配的小电流，然后经过电流镜的镜像作用，使得n7的栅极电压减小。因为n7的负载p7是一个恒流源，因此n7漏极电压升高，使v
gsn9
》v
th
，n9导通，恒流源n8将从功率管栅极抽取自身所需要的电流。
15.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术通过在误差放大器和功率管之间设置瞬态增强电路，当电路处于稳态时，瞬态增强电路不工作，对误差放大器和功率管组成的主环路没有影响；当负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启；当负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启，提升ldo负载瞬态响应速度，并且降低过冲和下冲电压。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
17.图1是本技术中一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片的电路图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
22.如图1所述，本技术公开了一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片(ldo)，包括误差放大器、瞬态增强电路、功率管电路和反馈电路。
23.其中，误差放大器包括pmos管p1-p4和nmos管n1-n4。p1的栅极连接p2的栅极和漏极，p1的漏极连接n3的栅极和漏极。n1的栅极接入基准电压v
ref
，n1的漏极与p2的源极连接。n2的栅极接入来自反馈电路的反馈电压v
fb
，n2的漏极与p3的漏极连接。n1和n2的源极相接并连接尾电流源nmos管n11。p4的栅极连接p3的栅极的漏极，p4的漏极和n4的漏极连接，n3和n4的源极接地。
24.瞬态增强电路包括pmos管p5-p9和nmos管n5-n9。p5的漏极与n5的漏极连接。p6的栅极连接p5的栅极和漏极，p6的漏极连接n6的漏极。p7的漏极连接n7的漏极。n7的栅极连接n4的漏极和栅极。p8的漏极连接p9的源极，p9的漏极连接n9的漏极，n9的源极连接n8的源极。n9的栅极与n7的源极连接，p9的栅极与p6的漏极链接。p7和p8的栅极外接工作电压v
b2
，n6和n8的栅极外接工作电压v
b1
。
25.功率管电路包括pmos管p10、nmos管n10以及功率管mp。p10的栅极连接p3的栅极，n10的栅极与n3的栅极和n11的栅极连接，p10的漏极和n10的漏极连接。mp的漏极和p10的漏极连接，mp的漏极为高稳定性电源芯片的输出极。
26.反馈电路包括反馈电路包括电阻r1和r2，r1和r2与mp的漏极串联，r1和r2之间的电压为反馈电压v
fb
。p10和mp的漏极之间还并联有调零电阻rm和密勒补偿电容cm。
27.本技术应用于nand存储的高稳定性电源芯片的工作原理如下：
28.当电路处于稳态时，负载没有变化，ldo各支路、器件上流过的电流、电压均保持不变。对于瞬态增强电路的充电通路，通过分别由n3、n4及p4、p6组成的电流镜的复制将误差放大器中p2的漏极电压传递到p6的栅极。设置p6与n6的宽长比为p6：n6＝n：1，因此p6工作在线性区，其漏端输出高电平，使v
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＜v
th
，从而p9管关闭，瞬态增强电路的充电通路不工作。对于瞬态增强电路的放电通路，通过分别由p1、p4及n4、n7组成的电流镜将误差放大器中p3的漏极电压传递到n7的栅极，并设置n7与p7管的宽长比为n7：p7＝n：1，因此n7管工作在线性区，其漏极输出低电平，使v
gsn9
＜v
th
，从而n9管关闭，瞬态增强电路的放电通路不工作。
29.由于瞬态增强电路与误差放大器属于并联结构，因此稳态时，瞬态增强电路对误差放大器和功率管组成的主环路没有影响。
30.当负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启。当负载突变为轻载时，由于ldo系统来不及对负载变化做出响应，只能通过减小功率管漏源电压来减小输出电流以应对负载变化，因此输出电压升高。经过由电阻r1、r2组成的反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
fb
升高，n2的栅源电压v
gsn2
增大，使得尾电流源n11将更多的电流分配给n2，同时流过n1的电流减小，p2漏极电压升高。经过电流镜的镜像作用，反应到p6管的栅极电压增大。由于p6的负载n6是一个恒流源，因此p6漏极电压降低，使v
gsp9
》v
th
，p9导通，将恒流源p8上的电流注入功率管栅极来辅助误差放大器对功率管的调整。随着功率管栅极电流的不断注入，功率管栅极电压逐渐升高，使其栅源电压v
gsmp
逐渐减小，输出电流逐渐减小，输出电压逐渐降低，直至功率管的输出电流与负载电流相匹配，ldo调整完成，输出电压也恢复到稳定值。输出电压恢复稳定后，通过反馈将p9管再次关断，瞬态增强电路的充电通路随之关断。
31.当负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启。当负载突变为重载时，ldo系统只能通过增大功率管漏源电压来增大输出电流以补充负载对大电流的需求，因此输出电压降低。经过反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
fb
降低，n2的栅源电压v
gsn2
减小，使得尾电流源n11减小了给n2的电流配额，p3只能升高自己的漏极电压以适应分配的小电流。然后经过电流镜的镜像作用，使得n7的栅极电压减小。因为n7的负载p7是一个恒流源，因此n7漏极电压升高，使v
gsn9
》v
th
，n9导通，恒流源n8将从功率管栅极抽取自身所需要的电流来辅助误差放大器对功率管的放电过程。随着功率管栅极放电的进行，其栅极电压逐渐降低，使其栅源电压v
gsmp
逐渐升高，输出电流逐渐增大，输出电压逐渐增大，直至功率管的输出电流能满足负载的大电流需求，ldo调整完成，输出电压也恢复到稳定值。与前述相同，待输出电压恢复稳定后，通过反馈将n9再次关断，瞬态增强电路的放电通路随之关断。
32.也可以分析重载变轻载时的放电通路和轻载变重载时的充电通路的工作状态，可以看到分别在这两种状态里，放电通路和充电通路都不会工作，反而会因为栅极电压的变化使n9、p9关断的更彻底。通过仿真分析结果可以知道，当负载重载切换到轻载时，没有负载瞬态增强电路的传统ldo过冲(overshoot)电压，恢复时间为2.5μs；增加负载瞬态增强电路后，恢复时间为1.92μs。当负载以50maμs的速度从100a轻载切换到50ma重载时，传统ldo下冲电压(undershoot)恢复时间为2.55μs；增加瞬态增强电路后，恢复时间为1.76μs。仿真
结果验证了该负载瞬态增强电路能够提升ldo负载瞬态响应速度，并且降低过冲和下冲电压。该瞬态增强仿真ldo具有良好的稳定性，对nand存储的快速读写能够提供稳定，快速响应的电源。
33.尽管上面对本技术说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本技术，但是本技术不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本技术精神和范围内，一切利用本技术构思的申请创造均在保护之列。

技术特征：
1.一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，包括：误差放大器；瞬态增强电路，所述瞬态增强电路与所述误差放大器并联，所述瞬态增强电路包括充电通路和放电通路；功率管电路，所述功率管电路接入所述高稳定性电源芯片的输入电压vdd，并输出高稳定性电源芯片的输出电压vout；反馈电路，所述反馈电路与所述功率管电路串联，所述反馈电路输出反馈电压v
fb
至误差放大器；其中，当所述高稳定性电源芯片的电路为稳态时，所述瞬态增强电路的充电通路和放电通路均不工作；当所述高稳定性电源芯片的电路负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启，向所述功率管电路注入电流，降低所述输出电压vout；当所述高稳定性电源芯片的电路负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启，向所述功率管电路抽取电路，增大所述输出电压vout。2.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，所述误差放大器包括pmos管p1-p4和nmos管n1-n4，p1的栅极连接p2的栅极和漏极，p1的漏极连接n3的栅极和漏极；n1的栅极接入基准电压v
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，n1的漏极与p2的源极连接；n2的栅极接入来自反馈电路的反馈电压v
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，n2的漏极与p3的漏极连接；n1和n2的源极相接并连接尾电流源nmos管n11；p4的栅极连接p3的栅极的漏极，p4的漏极和n4的漏极连接，n3和n4的源极接地。3.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，所述瞬态增强电路包括pmos管p5-p9和nmos管n5-n9，p5的漏极与n5的漏极连接；p6的栅极连接p5的栅极和漏极，p6的漏极连接n6的漏极；p7的漏极连接n7的漏极；n7的栅极连接n4的漏极和栅极；p8的漏极连接p9的源极，p9的漏极连接n9的漏极，n9的源极连接n8的源极；n9的栅极与n7的源极连接，p9的栅极与p6的漏极链接；p7和p8的栅极外接工作电压v
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，n6和n8的栅极外接工作电压v
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。4.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，所述功率管电路包括pmos管p10、nmos管n10以及功率管mp，p10的栅极连接p3的栅极，n10的栅极与n3的栅极和n11的栅极连接，p10的漏极和n10的漏极连接。mp的漏极和p10的漏极连接，mp的漏极为高稳定性电源芯片的输出极。5.根据权利要求4所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，p10和mp的漏极之间还并联有调零电阻rm和密勒补偿电容cm。6.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，所述反馈电路包括反馈电路包括电阻r1和r2，r1和r2与mp的漏极串联，r1和r2之间的电压为反馈电压v
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。7.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，当电路处于稳态时，对于瞬态增强电路的充电通路，通过分别由n3、n4及p4、p6组成的电流镜的复制将误差放大器中p2的漏极电压传递到p6的栅极；设置p6与n6的宽长比为p6：n6＝n：1，因此p6工作在线性区，其漏端输出高电平，使v
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＜v
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，从而p9管关闭，瞬态增强电路的充
电通路不工作。8.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，当电路处于稳态时，对于瞬态增强电路的放电通路，通过分别由p1、p4及n4、n7组成的电流镜将误差放大器中p3的漏极电压传递到n7的栅极，并设置n7与p7管的宽长比为n7：p7＝n：1，因此n7管工作在线性区，其漏极输出低电平，使v
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，从而n9管关闭，瞬态增强电路的放电通路不工作。9.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，当负载由重载变为轻载时，经过由电阻r1、r2组成的反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
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升高，n2的栅源电压v
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增大，使得尾电流源n11将更多的电流分配给n2，同时流过n1的电流减小，p2漏极电压升高，经过电流镜的镜像作用，反应到p6管的栅极电压增大，由于p6的负载n6是一个恒流源，因此p6漏极电压降低，使v
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，p9导通，将恒流源p8上的电流注入功率管mp栅极。10.根据权利要求1所述的一种应用于nand存储的高稳定性电源芯片，其特征在于，当负载突变为重载时，经过反馈网络反馈到误差放大器输入端的反馈电压v
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降低，n2的栅源电压v
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减小，使得尾电流源n11减小了给n2的电流配额，p3只能升高自己的漏极电压以适应分配的小电流，然后经过电流镜的镜像作用，使得n7的栅极电压减小。因为n7的负载p7是一个恒流源，因此n7漏极电压升高，使v
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，n9导通，恒流源n8将从功率管栅极抽取自身所需要的电流。

技术总结
本申请公开了一种应用于NAND存储的高稳定性电源芯片，包括：误差放大器，所述误差放大器包括PMOS管P1-P4和NMOS管N1-N4；瞬态增强电路，所述瞬态增强电路与所述误差放大器并联，瞬态增强电路包括包括PMOS管P5-P9和NMOS管N5-N9；功率管电路，所述功率管电路包括PMOS管P10、NMOS管N10以及功率管MP。反馈电路，所述反馈电路包括反馈电路包括电阻R1和R2。本申请通过在误差放大器和功率管之间设置瞬态增强电路，当电路处于稳态时，瞬态增强电路不工作，对误差放大器和功率管组成的主环路没有影响；当负载由重载变为轻载时，瞬态增强电路充电通路开启；当负载由轻载变为重载时，瞬态增强电路放电通路开启，提升LDO负载瞬态响应速度，并且降低过冲和下冲电压。降低过冲和下冲电压。降低过冲和下冲电压。


技术研发人员：王保存 刘世军
受保护的技术使用者：武汉喻芯半导体有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/9/20