[发明专利]一种用于射频电路的低功耗LDO电路

说明书

技术领域

本发明属于电源管理芯片技术领域，更具体地，涉及一种用于射频电路的低压差低功耗的线性稳压器电路(Low Dropout Regulator，LDO)。

背景技术

在当代移动电子设备中，电源管理芯片(Power Management IC，PMIC)正扮演着愈发重要的角色，而低压线性稳压器LDO作为PMIC中重要的一环，正朝着低功耗、高集成、高性能的方向演进。特别是在射频电路(Radio Frequency，RF)中，由于其对于噪声的高敏感度，进而对LDO电路提出了更高的要求。

目前传统的LDO电路中，需要在输出端外挂大的负载电容(通常为1μF～4.7μF)来实现环路稳定性及输出端的良好瞬时响应，但如此大的电容无法集成于片上。为了实现高集成度、低成本及小面积，全片上电容的LDO电路被开发出来(片上电容通常在100pf)，但由于负载电容的变化，环路的主极点不再位于输出端而发生迁移。

另一方面，随着集成电路工艺的演进，模拟电路晶体管的特征尺寸也在逐步减小，这一现象带来了更低的功耗，但同时单个晶体管所能提供的增益也在下降，当这样的先进工艺被模拟电路所采用时，为了满足良好输出特性所要求的高环路增益将使得电路结构更为复杂，同时由于寄生电容的影响已不可以忽略，电路的环路稳定性变得难以控制。因而电路需要新的补偿手段来改善电路的稳定性及瞬时响应。

在传统的LDO电路中，通常使用一个大的负载电容来创造一个主极点，同时在输出端的MOS管(通常是PMOS)的栅极与漏极间插入一个小的电容实现极点分离以增强稳定性。有时也可以在输出端连接ESR(equivalent series resistor)来创造一个零点以提高稳定性。但当电路采用片上负载电容时，环路的极点移动至功率调整管的栅极，传统的补偿方式不再适用。

发明内容

为了克服传统LDO结构在应用到全片上负载电容和先进工艺制程上所面临的困境(例如90nm工艺下，单个MOSFET所提供的增益小于25dB，为了获得至少60dB的DC增益，电路需要三级放大)，本发明设计了一种前向的高速结构及零极点追踪技术以实现全片上电容LDO电路的环路稳定性和输出表现。

本发明提供了一种用于射频电路的低功耗LDO电路，包括误差放大器Gm，第一PMOS管Mp，第一电阻Rf1，第二电阻Rf2，第一电容C_L，所述第一PMOS管Mp的栅极连接至所述误差放大器Gm的输出端，所述第一PMOS管Mp的源极连接电源Vdd，所述第一PMOS管Mp的漏极通过依次串联连接的所述第一电阻Rf1和所述第二电阻Rf2接地，所述第一PMOS管Mp的漏极还通过所述第一电容C_L接地；所述误差放大器Gm的电源端连接至所述电源Vdd，所述误差放大器Gm的反相输入端连接参考电压Vref，所述误差放大器Gm的正相输入端连接至所述第一电阻Rf1和所述第二电阻Rf2的串联连接端；其特征在于，所述低功耗LDO电路还包括：一端连接所述电源Vdd，另一端与所述误差放大器Gm的输出端和所述第一PMOS管Mp的栅极均连接的补偿单元，以及连接在所述误差放大器Gm的输出端与所述第一PMOS管Mp的漏极之间的前馈通路；所述前馈通路用于建立一条高频的高带宽低增益通路，用以拓宽环路带宽以改善电路在高频区间的响应，同时补偿电路原有的复杂零极点分布；所述补偿单元用于在电路内部建立一个等效ESR，以规避传统外部ESR所造成的高频响应衰减。此ESR用以产生额外的零极点对以改善环路的稳定性。

更进一步地，所述补偿单元包括补偿电容Cc和开关管Mc，所述开关管Mc的第一端作为所述补偿单元的一端，所述补偿电容Cc的一端连接至所述开关管Mc的第二端，所述补偿电容Cc的另一端和所述开关管Mc的控制端作为所述补偿单元的另一端；且所述开关管Mc的控制端用于控制第一端与第二端之间的导通。

更进一步地，所述开关管Mc为偏置在线性区的MOSFET。

更进一步地，所述前馈通路包括：连接在所述误差放大器Gm的输出端与所述第一PMOS管Mp的漏极之间的高增益模块，以及与所述高增益模块并联连接的高速模块；所述高增益模块用于提升环路的DC增益，所述高速模块用于控制环路高频信号并生成一个高频通路用以补偿非主极点。

更进一步地，所述高增益模块包括依次串联连接的多级放大器，所述高速模块包括依次串联连接的多级放大器，且所述高增益模块中放大器的级数与所高速模块中放大器的级数相等。