一种宽范围滤波电容LDO结构、系统及使用方法与流程

一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法
技术领域
1.本发明涉及片上集成ldo电路领域，特别是涉及一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法。


背景技术：

2.目前，片上ldo（low dropout regulator , 线性稳压器）模拟ip电路架构通常只能选择外部接uf级别的大滤波电容，这种结构的ldo一般选择将主极点放在ldo的输出端，或者选择小容值的片上cap架构。但是通常不能够同时支持大电容和小电容。比如，现有专利中有通过配置补偿电容接入与否来适应外部滤波电容的大小；或者为了能够适应大范围的滤波电容，通常也会选择采用n型跟随器结构的ldo，缺点是不能够实现低压差，尤其在输入输出压差很小的应用中几乎无法使用。
3.为此，亟需提出一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法，以有效解决上述存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法，能够同时支持高输入压差和低输入压差，并且还能够在很宽的滤波电容容值范围内保持环路稳定。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种宽范围滤波电容ldo结构，包括第一ldo、第二ldo、系统逻辑控制单元、第一开关和第二开关；所述第一ldo连接所述第一开关一端；所述第二ldo连接所述第二开关一端；所述系统逻辑控制单元用于控制所述第一开关和所述第二开关的接通和断开；所述第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。
6.进一步的，所述第一开关的另一端和第二开关的另一端相连接。
7.进一步的，所述第一ldo为n型ldo。
8.进一步的，所述n型ldo采用n型功率管。
9.进一步的，所述第二ldo为p型ldo。
10.进一步的，所述p型ldo采用p型功率管。
11.进一步的，所述第一开关包括n型功率管控制逻辑单元；所述系统逻辑控制单元通过控制所述n型功率管控制逻辑单元对所述第一ldo进行控制。
12.进一步的，所述第二ldo包括p型功率管控制逻辑单元；所述系统逻辑控制单元通过控制所述p型功率管控制逻辑单元对所述第二ldo进行控制。
13.此外，本发明还提出一种宽范围滤波电容ldo系统，包括如上述所述的宽范围滤波电容ldo结构和环路电路，所述环路电路包括等效片上负载电阻rl、等效负载电容cl、片外电容等效电阻resr以及片外电容cout；所述等效片上负载电阻rl的一端连接第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述等效
负载电容cl的一端连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述片外电容cout的一端通过所述片外电容等效电阻resr连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地。
14.此外，本发明还提出一种宽范围滤波电容ldo结构的使用方法，采用如上述所述的宽范围滤波电容ldo结构，或采用如上述所述的宽范围滤波电容ldo系统，包括：当启动第一ldo，关闭第二ldo时，所述第一ldo向环路电路输出小的等效输出阻抗，使得所述环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于所述环路电路的内部或配置为一个零点；当启动所述第二ldo，关闭第一ldo时，所述第二ldo向所述环路电路输出信号。
15.进一步的，所述第一ldo和所述第二ldo分别为n型ldo和p型ldo。
16.进一步的，还包括：系统逻辑控制单元控制所述n型ldo中的n型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述n型ldo关闭或开启；以及控制所述p型ldo中的p型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述p型ldo关闭或开启。
17.通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：通过第一ldo和第二ldo的设置，以及第一ldo连接第一开关一端；第二ldo连接第二开关一端；系统逻辑控制单元用于控制第一开关和第二开关的接通和断开；第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。使得第一ldo能够向环路电路输出小的等效输出阻抗，使得环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于环路电路的内部或配置为一个零点，从而使第一ldo具有宽范围的滤波电容适应范围。以及第二ldo能够为环路电路提供宽范围的输入输出电压范围，从而能够同时支持高输入压差和低输入压差。这样整个ldo组合能够应用在宽范围的滤波电容的应用场合，并在很宽滤波电容容值范围内都能保持环路稳定。再通过启动第二ldo，关掉第一ldo，能够适应更宽的输入电压范围。
18.另外，本发明通过选择性地使用某种类型ldo结构的方式，在保证稳定性的前提下，提升了输入输出电压的电气性能，使得系统在增加很小成本条件下可以获得各种应用场合下的最优化性能。
附图说明
19.图1为本发明一实施例中宽范围滤波电容ldo结构中接片外电容cout的电路图；图2为本发明一实施例中宽范围滤波电容ldo结构的整体结构示意图；图3为本发明一实施例中宽范围滤波电容ldo结构的使用方法的流程图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
21.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
22.如图1-图2所示，本发明实施例提出了一种宽范围滤波电容ldo结构，包括第一ldo、第二ldo、系统逻辑控制单元、第一开关和第二开关。
23.具体的，所述第一ldo连接所述第一开关一端；所述第二ldo连接所述第二开关一端；所述系统逻辑控制单元用于控制所述第一开关和所述第二开关的接通和断开；所述第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。
24.在本实施例中，所述第一开关的另一端和第二开关的另一端相连接。
25.在一具体示例中，当启动所述第一ldo，关闭所述第二ldo时，所述第一ldo用于向所述环路电路输出小的等效输出阻抗，使得所述环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于所述环路电路的内部或配置为一个零点，从而使所述第一ldo具有宽范围的滤波电容适应范围。当启动所述第二ldo，关闭第一ldo时，所述第二ldo用于为所述环路电路提供宽范围的输入输出电压范围。
26.在本实施例中，所述第一ldo为n型ldo。进一步的，所述n型ldo采用n型功率管。
27.以及在本实施例中，所述第二ldo为p型ldo。以及所述p型ldo采用p型功率管。
28.本实施例能够解决线性稳压器不能同时获得低输入输出压差性能和适应宽容值范围滤波电容的现状，通过直接采用n型ldo和p型ldo并行地做法，且默认n型ldo启动，p型ldo关闭。使得不仅能够外接很宽容值范围的滤波电容，而且在能够提供大滤波电容的应用场合，通过选择性地关闭n型ldo和开启p型ldo，又能够获得低输入输出压差的优势，使得在大电容应用场合具有了很宽的输入电压范围。
29.在本实施例中，所述第一开关包括n型功率管控制逻辑单元。具体的，所述系统逻辑控制单元通过控制所述n型功率管控制逻辑单元对第一ldo进行控制。
30.另外，在本实施例中，所述第二ldo包括p型功率管控制逻辑单元。具体的，所述系统逻辑控制单元通过控制所述p型功率管控制逻辑单元对第二ldo进行控制。
31.此外，可继续结合图1-图2所示，本实施例还提出一种宽范围滤波电容ldo系统，包括如上述所述的宽范围滤波电容ldo结构和环路电路。
32.具体的，所述环路电路包括等效负片上载电阻rl、等效负载电容cl、片外电容等效电阻resr以及片外电容cout，在一具体示例中，所述环路电路包括等效片上负载电阻rl、等效负载电容cl、片外电容等效电阻resr以及片外电容cout。
33.更为具体的，所述等效片上负载电阻rl的一端连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述等效负载电容cl的一端连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述片外电容cout的一端通过片外电容等效电阻resr连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地。
34.此外，如图3所示，本实施例还提出一种宽范围滤波电容ldo结构的使用方法，采用如上述所述的宽范围滤波电容ldo结构，或采用如上述所述的宽范围滤波电容ldo系统，包括：s1、当启动第一ldo，关闭第二ldo时，所述第一ldo向环路电路输出小的等效输出阻抗，使得所述环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于所述环路电路的内部或配置为一个零点，从而使所述第一ldo具有宽范围的滤波电容适应范围。其中，小的等效输出阻抗表示：第一ldo相比第二ldo具有较小的输出阻抗，当第一ldo的输出极点不是主极点，将第一ldo的主极点放在环路电路内部，能够通过配置零点来实现环路补偿。
35.s2、当启动所述第二ldo，关闭所述第一ldo时，所述第二ldo向所述环路电路输出
信号，即为所述环路电路提供宽范围的输入输出电压范围。
36.进一步的，所述第一ldo和所述第二ldo分别为n型ldo和p型ldo。
37.另外，本实施例还包括：系统逻辑控制单元控制所述n型ldo中的n型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述n型ldo关闭或开启；以及控制所述p型ldo中的p型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述p型ldo关闭或开启。
38.在一具体示例中，在默认状态下使用n型ldo，关闭p型ldo。由于n型 ldo可以做成内部极点和零点抵消的结构，或者做成buffer+跟随器的结构。使得片上线性稳压器在很宽范围内的滤波电容应用场合均具有好的稳定性，尤其是在小滤波电容的应用场合。这两种结构都可以适应很宽范围的输出滤波电容。如果实际应用可以提供大的滤波电容，那么可以在电源上电完成后，开启p型ldo，关闭n型ldo，从而能够实现很宽的输入电压范围，输入输出压差相比单独的n型ldo优化很多。
39.进一步的，本实施例选择性地使用某种类型ldo结构的方式，在保证稳定性的前提下，提升了输入输出电压的电气性能，使得系统在增加很小成本条件下可以获得各种应用场合下的最优化性能。
40.在另一具体示例中，n型ldo可以采用n类型功率管，配置成源极跟随器的结构，由于输出具有很小的等效输出阻抗，在uf级的滤波电容范围内输出的极点不会成为主极点，此外将主极点放置在电路内部或者配置一个零点，这样n型ldo默认就具有很宽的滤波电容适应范围。而p型ldo具有很低的输入输出电压差特性，能够适应很宽的输入电压范围。通过结合n型ldo和p型ldo，在电源启动后默认应用n型ldo配置，使得无论外部电容大小均具有很好的电压稳定性。当应用为外接较大滤波电容的场合时，再打开p型ldo的环路，关掉n型ldo的环路。使得在大电容应用领域就获得了宽的输入电压适应范围。
41.在本实施方式中，当启动第一ldo，关闭第二ldo时，第一ldo向环路电路输出较小的等效输出阻抗，使得环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于环路电路的内部或配置为一个零点，从而使第一ldo具有宽范围的滤波电容适应范围。以及当启动第二ldo，关闭第一ldo时，第二ldo为环路电路提供宽范围的输入输出电压范围。从而能够同时支持高输入压差和低输入压差。在能够提供大滤波电容的应用场合中，通过启动第二ldo，关掉第一ldo，能够适应更宽的输入电压范围。
42.综上所述，本发明提出的一种宽范围滤波电容ldo结构、系统及使用方法，具有如下优势：通过第一ldo和第二ldo的设置，以及第一ldo连接第一开关一端；第二ldo连接第二开关一端；系统逻辑控制单元用于控制第一开关和第二开关的接通和断开；第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。第一ldo能够向环路电路输出小的等效输出阻抗，使得在环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于环路电路的内部或配置为一个零点，从而使第一ldo具有宽范围的滤波电容适应范围。以及第二ldo能够为环路电路提供宽范围的输入输出电压范围，从而能够同时支持高输入压差和低输入压差。在能够提供大滤波电容的应用场合中，通过启动第二ldo，关掉第一ldo，能够适应更宽的输入电压范围。
43.另外，本发明通过选择性地使用某种类型ldo结构的方式，在保证稳定性的前提下，提升了输入输出电压的电气性能，使得系统在增加很小成本条件下可以获得各种应用
场合下的最优化性能。
44.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，包括第一ldo、第二ldo、系统逻辑控制单元、第一开关和第二开关；所述第一ldo连接所述第一开关一端；所述第二ldo连接所述第二开关一端；所述系统逻辑控制单元用于控制所述第一开关和所述第二开关的接通和断开；所述第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。2.如权利要求1所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述第一开关的另一端和第二开关的另一端相连接。3.如权利要求1所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述第一ldo为n型ldo。4.如权利要求3所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述n型ldo采用n型功率管。5.如权利要求1所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述第二ldo为p型ldo。6.如权利要求5所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述p型ldo采用p型功率管。7.如权利要求1所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述第一开关包括n型功率管控制逻辑单元；所述系统逻辑控制单元通过控制所述n型功率管控制逻辑单元对所述第一ldo进行控制。8.如权利要求1所述的宽范围滤波电容ldo结构，其特征在于，所述第二ldo包括p型功率管控制逻辑单元；所述系统逻辑控制单元通过控制所述p型功率管控制逻辑单元对所述第二ldo进行控制。9.一种宽范围滤波电容ldo系统，包括如权利要求1-8中任一项所述的宽范围滤波电容ldo结构和环路电路，其特征在于，所述环路电路包括等效片上负载电阻rl、等效负载电容cl、片外电容等效电阻resr以及片外电容cout；所述等效片上负载电阻rl的一端连接第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述等效负载电容cl的一端连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地；所述片外电容cout的一端通过所述片外电容等效电阻resr连接所述第一ldo和第二ldo，另一端接地。10.一种宽范围滤波电容ldo结构的使用方法，采用如权利要求1-8中任一项所述的宽范围滤波电容ldo结构，或采用如权利要求9所述的宽范围滤波电容ldo系统，其特征在于，包括：当启动第一ldo，关闭第二ldo时，所述第一ldo向环路电路输出小的等效输出阻抗，使得所述环路电路在外接的滤波电容范围内输出的主极点放置于所述环路电路的内部或配置为一个零点；当启动所述第二ldo，关闭第一ldo时，所述第二ldo向所述环路电路输出信号。11.如权利要求10所述的宽范围滤波电容ldo结构的使用方法，其特征在于，所述第一ldo和所述第二ldo分别为n型ldo和p型ldo。12.如权利要求11所述的宽范围滤波电容ldo结构的使用方法，其特征在于，还包括：系统逻辑控制单元控制所述n型ldo中的n型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述n型ldo关闭或开启；以及控制所述p型ldo中的p型功率管控制逻辑单元关闭或开启，从而控制所述p型ldo关闭或开启。

技术总结
本发明揭示了一种宽范围滤波电容LDO结构、系统及使用方法，所述宽范围滤波电容LDO结构包括第一LDO、第二LDO、系统逻辑控制单元、第一开关和第二开关；第一LDO连接第一开关一端；第二LDO连接第二开关一端；系统逻辑控制单元用于控制第一开关和第二开关的接通和断开；第一开关的另一端和第二开关的另一端皆用于输出一控制信号。本发明能够同时支持高输入压差和低输入压差，并且还能够在很宽的滤波电容容值范围内保持环路稳定。值范围内保持环路稳定。值范围内保持环路稳定。


技术研发人员：王建军 刘华 朱定飞 陈建球 卢昌鹏
受保护的技术使用者：上海海栎创科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/12