[发明专利]带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构及其控制方法

说明书

本发明公开了一种带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构及其控制方法，包括控制器、驱动电路、功率晶体管阵列、量化模块、参考电压模块、时钟电路及供电输出端，其中，量化模块的输入端与参考电压模块及供电输出端相连接，量化模块的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端经驱动电路与功率晶体管阵列中各功率晶体管的控制端相连接，功率晶体管阵列的输出端与供电输出端相连接，该结构及其控制方法能够有效的解决数字低压差稳压器在低功耗情况下难以实现超快响应的问题。

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，涉及一种带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构及其控制方法。

背景技术

在无线传感领域中，无线传感网络对供电模块提出了更高的要求。针对应用于无线传感网络的低压低功耗设备，定制化的供电模块更有助于充分发挥其优异的性能。传统的低压差稳压器(LDO)作为一种典型的电源管理电路已被广泛应用，其中，完全采用模拟集成电路技术进行实现的LDO最显著的优势是输出电压的纹波小，但响应时间受补偿环路的影响较大，当应用于低压低功耗场景时，在保持较高电源效率时，负载发生瞬态变化时过冲与欠冲相对较大；而另一种采用了数字集成电路方法实现的低压差稳压器(DLDO)，则可以在较低供电电压的情况下通过数字控制的方式实现稳压功能，从而实现较低功耗下的快速响应，此外经过数字集成电路方法设计的DLDO还可以方便地在不同工艺间进行迁移。然而简单的控制逻辑很难在较低工作频率下实现快速响应。因此有必要提供一种带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构及其控制方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构及其控制方法，该结构及其控制方法能够有效的解决数字低压差稳压器在低功耗情况下难以实现超快响应的问题。

为达到上述目的，本发明所述的带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构包括控制器、驱动电路、功率晶体管阵列、量化模块、参考电压模块、时钟电路及供电输出端，其中，量化模块的输入端与参考电压模块及供电输出端相连接，量化模块的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端经驱动电路与功率晶体管阵列中各功率晶体管的控制端相连接，功率晶体管阵列的输出端与供电输出端相连接。

还包括与功率晶体管阵列的输出端相连接的补偿模块。

补偿模块包括连续时间比较器以及若干辅助功率晶体管，连续时间比较器实时判断供电输出端的电压是否低于最小电压阈值，当供电输出端的电压低于最小电压阈值时，控制各辅助功率晶体管的开关状态，通过辅助功率晶体管进行辅助供电，使得供电输出端的电压大于等于最小电压阈值。

所述控制器包括逐次逼近模块、直接计算模块及判别器，判别器与逐次逼近模块、直接计算模块及量化模块相连接，逐次逼近模块及直接计算模块与驱动电路相连接。

量化模块由若干比较器组成。

本发明所述的带有模拟辅助环路的超快响应数字LDO结构的控制方法包括以下步骤：

参考电压模块将参考电压取值范围依次划分为三个子电压区间，量化模块获取当前供电输出端的电压信息，并判断当前供电输出端的电压所处的子电压区间，并将判断结果及当前供电输出端的电压输出给判别器中；

当当前供电输出端的电压处于第二个子电压区间内时，判别器将当前供电输出端的电压发送至直接计算模块中，直接计算模块将当前供电输出端的电压与前一个工作周期供电输出端的电压进行作差处理，得第一作差结果N；同时将当前供电输出端的电压与预设输出电压值进行作差处理，得第二作差结果M，得最终作差结果K＝aN+bM，其中，a及b均为预设权重系数，然后根据最终作差结果K及功率晶体管阵列中各功率晶体管的工作参数判断功率晶体管阵列中各功率晶体管的开关状态，然后根据各功率晶体管的开关状态生成控制信号，并根据所述控制信号通过驱动电路控制功率晶体管阵列中各功率晶体管的开关状态，使得供电输出端的电压稳定到预设输出电压值处；