低压差线性稳压电路及电源设备的制作方法

1.本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压电路及电源设备。


背景技术：

2.低压差线性稳压电源（low dropout regulator，简写ldo）因其具有低功耗、低纹波和低噪声等优点，已广泛应用于集成电路的设计当中。ldo电路通常分为片外电容和无片外电容两种。其中，片外电容的ldo电路输出端常常会预留一个pin外挂补偿电容，该外挂电容用于提高轻载时环路稳定性及降低负载端波纹电压，但该外挂电容时常会达到uf量级，很难集成。
3.随着消费类便携式产品发展，为了能够提供更长的续航时间，电池所占的空间越来越大，留给板极空间会随之减少；另外，随着日益小型化封装出现，pin空间资源有限。特别是在soc设计当中，ldo常常仅仅给芯片内部的数字电路供电，该外置pin及外挂电容会严重浪费封装及板极空间。无片外电容的低压差线性稳压器（capless ldo）的应用越来越广，但此类低压差线性稳压器的环路稳定性和负载端波纹电压难以保证。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种低压差线性稳压电路及电源设备，提高了环路稳定性，还可以有效拓展环路的带宽，提高环路的响应速度；在负载跳变时，还能够有效降低输出电压的纹波。
5.第一方面，本发明提供了一种低压差线性稳压电路，包括：nmos调整管；偏置电路，与nmos调整管电连接，且配置为根据nmos调整管的负载电流提供第一偏置电流，第一偏置电流与负载电流成反相关；反馈控制电路，分别与nmos调整管和偏置电路电连接，且配置为根据nmos调整管的输出反馈信号、参考信号和第一偏置电流生成控制信号，并利用控制信号对nmos调整管的栅极电压进行调节，其中，反馈控制电路中从输出反馈信号至控制信号的传输函数的零点与第一偏置电流成反相关。
6.根据本发明的低压差线性稳压电路，通过设计偏置电路和反馈控制电路，在一定范围内，使反馈控制电路中从输出反馈信号至控制信号的传输函数的零点与nmos调整管的负载电流成正相关，实现了零点对输出极点的追踪，从而提高了环路稳定性，还可以有效拓展环路的带宽，提高环路的响应速度；在负载跳变时，还能够有效降低输出电压的纹波。
7.根据本发明的一个实施例，反馈控制电路包括：反馈电路，与nmos调整管电连接，且配置为根据nmos调整管的输出电压生成输出反馈信号；第一运放电路，与反馈电路电连接，且配置为根据输出反馈信号和参考信号之间的差值生成第一放大信号；第二运放电路，分别与第一运放电路和nmos调整管电连接，且配置为对第一放大信号进行放大，生成第二放大信号；前馈电路，分别与反馈电路、偏置电路和nmos调整管电连接，且配置为在第一偏置电流的调整下，根据输出反馈信号和参考信号之间的差值生成前馈信号，前馈电路的跨导大于第一运放电路的跨导，前馈电路的跨导与第一偏置电流成正相关；第二放大信号和
前馈信号组合后用于控制nmos调整管。
8.根据本发明的一个实施例，第一运放电路包括：第一差分对管，配置为接入第二偏置电流，并分别在参考信号和输出反馈信号的控制下生成对应的第一电流和第二电流；第一电流镜单元，与第一差分对管电连接，且配置为接入第一电流，并提供对应的第一镜像电流；第二电流镜单元，与第一差分对管电连接，且配置为接入第二电流，并提供对应的第二镜像电流；第一电流镜单元的输出端和第二电流镜单元的输出端电连接，第一电流镜单元的输出端和第二电流镜单元的输出端用于提供第一放大信号。
9.根据本发明的一个实施例，第二运放电路包括：第三电流镜单元，与第一差分对管电连接，且配置为接入第二电流，并提供对应的第三镜像电流；nmos管的漏极分别与第三电流镜单元的输出端和nmos调整管的栅极电连接，nmos管的栅极用于接入第一放大信号，nmos管的源极接地。
10.根据本发明的一个实施例，第二运放电路并联有米勒补偿电容。
11.根据本发明的一个实施例，前馈电路包括：pmos管，pmos管的源极用于接入输入电压，pmos管的栅极由第一偏置电流所形成的电压所偏置；第二差分对管，与pmos管的漏极电连接，且配置为基于pmos管提供的第三偏置电流，分别在参考信号和输出反馈信号的控制下生成对应的第三电流和第四电流；第四电流镜单元，与第二差分对管电连接，且配置为接入第三电流，并提供第四镜像电流；第五电流镜单元，与第二差分对管电连接，且配置为接入第四电流，并提供第五镜像电流；第四电流镜单元的输出端和第五电流镜单元的输出端均与nmos调整管的栅极电连接，第四电流镜单元的输出端和第五电流镜单元的输出端用于提供前馈信号。
12.根据本发明的一个实施例，偏置电路包括：nmos镜像管，nmos镜像管的栅极和源极均与nmos调整管的栅极和源极电连接，用于按比例复制nmos调整管的负载电流；第六电流镜单元，与nmos镜像管电连接，且配置为接入流经nmos镜像管的电流，并提供第六镜像电流；第七电流镜单元，配置为接入基准电流，并提供第七镜像电流；第六电流镜单元和第七电流镜单元的输出端电连接，第六电流镜单元的输出端和第七电流镜单元的输出端用于提供第一偏置电流，第一偏置电流为第七镜像电流与第六镜像电流之差。
13.根据本发明的一个实施例，基准电流包括第一基准电流和第二基准电流，第七电流镜单元包括：共源共栅管，配置为接入第一基准电流，并且提供第七镜像电流；nmos偏置管，nmos偏置管的漏极和栅极电连接，并且接入第二基准电流，用于给共源共栅管提供偏置电压。
14.根据本发明的一个实施例，低压差线性稳压电路还包括：第八电流镜单元，配置为接入参考电流，并提供第一基准电流和第二基准电流，参考电流、第一基准电流和第二基准电流之间的比例为1:1:1。
15.第二方面，本发明提供了一种电源设备，电源设备包括根据前述的低压差线性稳压电路。
16.根据本发明的电源设备，通过采用具有高稳定性、高带宽、高响应速度和低输出波纹电压的低压差线性稳压电路，使得所提供的电源更可靠，保证了后端电路的用电需求。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的结构框图之一；图2是本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的结构框图之二；图3是本发明实施例提供的低压差线性稳压电路的等效示意图；图4是本发明实施例提供的主反馈电路的电路原理图；图5是本发明实施例提供的前馈电路的电路原理图；图6是本发明实施例提供的偏置电路的电路原理图。
19.附图标记：nmos调整管100，偏置电路200，反馈控制电路300，反馈电路310，第一运放电路320，第二运放电路330，前馈电路340。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.参照图1，本发明的一个实施例提供了一种低压差线性稳压电路。
22.在本实施方式中，低压差线性稳压电路包括nmos调整管100、偏置电路200和反馈控制电路300，偏置电路200与nmos调整管100电连接，且配置为根据nmos调整管100的负载电流提供第一偏置电流，第一偏置电流与负载电流成反相关；反馈控制电路300分别与nmos调整管100和偏置电路200电连接，且配置为根据nmos调整管100的输出反馈信号、参考信号和第一偏置电流生成控制信号，并利用控制信号对nmos调整管100的栅极电压进行调节，其中，反馈控制电路300中从输出反馈信号至控制信号的传输函数的零点与第一偏置电流成反相关。
23.在本实施方式中，采用nmos管（n-metal-oxide-semiconductor，n型场效应管）作为调整管。nmos调整管100的漏极用于接入输入电源，nmos调整管100的源极用于提供输出电源，nmos调整管100的栅极与反馈控制电路300连接。
24.nmos调整管100在反馈控制电路300的控制下处于饱和区，其输出电压受栅极电压控制。反馈控制电路300利用控制信号对nmos调整管100的栅极电压进行调节，以使输出电压稳定。nmos调整管100的输出阻抗会随着负载电流的增大而降低，也即输出极点会随着负载电流的减少而朝低频移动。
25.需要说明的是，输出反馈信号用于表征nmos调整管100的实际输出电压，参考信号用于表征nmos调整管100的期望输出电压。输出反馈信号和参考信号可以为电压信号。反馈控制电路300采用负反馈的方式对nmos调整管100进行控制，根据输出反馈信号和参考信号之间的差值调节nmos调整管100，使nmos调整管100的实际输出电压稳定在期望输出电压。
26.在本实施方式中，输出反馈信号为反馈控制电路300的输入信号，控制信号为反馈控制电路300的输出信号，控制信号施加在nmos调整管100的栅极，控制nmos调整管100的导通状态。输出反馈信号和控制信号满足式（1）：
（1）其中，vg表示控制信号，v
fb
表示输出反馈信号，f（x）为传输函数。
27.通过设计偏置电路200，使其提供与负载电流成反相关的偏置电流。同时，设计反馈控制电路300，使从输出反馈信号至控制信号的传输函数的零点与第一偏置电流成反相关。由此，传输函数的零点与负载电流成正相关。
28.在nmos调整管100负载电流增大时，输出极点在逐渐往高频移动，与此同时传输函数的零点也往高频移动；而在nmos调整管100负载电流减小时，输出极点在逐渐往低频移动，与此同时，传输函数的零点也往低频移动。由此该零点频率可以追踪nmos调整管100的输出极点变化。
29.根据本发明的低压差线性稳压电路，通过设计偏置电路200和反馈控制电路300，使反馈控制电路300中从输出反馈信号至控制信号的传输函数的零点与nmos调整管100的负载电流成正相关，实现了零点对输出极点的追踪，从而提高了环路稳定性，还可以有效拓展环路的带宽，提高环路的响应速度；在负载跳变时，还能够有效降低输出电压的纹波。
30.参照图2，本发明提出了一种反馈控制电路300的设计方案。
31.在一些实施例中，反馈控制电路300包括反馈电路310、第一运放电路320、第二运放电路330和前馈电路340，反馈电路310与nmos调整管100电连接，且配置为根据nmos调整管100的输出电压生成输出反馈信号；第一运放电路320与反馈电路310电连接，且配置为根据输出反馈信号和参考信号之间的差值生成第一放大信号；第二运放电路330分别与第一运放电路320和nmos调整管100电连接，且配置为对第一放大信号进行放大，生成第二放大信号；前馈电路340分别与反馈电路310、偏置电路200和nmos调整管100电连接，且配置为在第一偏置电流的调整下，根据输出反馈信号和参考信号之间的差值生成前馈信号，前馈电路340的跨导大于第一运放电路320的跨导，前馈电路340的跨导与第一偏置电流成正相关；第二放大信号和前馈信号组合后用于控制nmos调整管100。
32.在本实施方式中，第一运放电路320和第二运放电路330形成主反馈电路，主反馈环路的输出和前馈电路340的输出共同控制nmos调整管100。前馈电路340在第一偏置电流的作用下生成前馈信号，该前馈信号用于辅助第二放大信号。反馈控制原理已有成熟的技术，本实施方式在此不在赘述。
33.参照图3，图3示出了一种低压差线性稳压电路的等效电路图。为便于小信号分析，将反馈环路断开。第一电阻r1和第二电阻r2组成反馈电路310，利用分压原理提供输出反馈信号v
fb
。a
v1
为第一运放，其对应于第一运放电路320；a
v2
为第二运放，其对应于第二运放电路330；r
o1
表示第一运放a
v1
的输出阻抗；g
m1
和g
m2
分别表示为第一运放a
v1
和第二运放a
v2
的跨导；a
vf1
表示前馈电路340；r
o2
表示第二运放a
v2
和前馈电路340的输出阻抗；g
mf1
表示为前馈电路340的跨导；apbc（antiphase bias circuit）表示偏置电路200；a
v3
为nmos调整管100；g
m3
表示为nmos调整管100的跨导；cg表示a
v2
和a
vf1
输出电容与nmos调整管100的输入电容之和。由于nmos调整管100的尺寸远大于第二运放电路330和前馈电路340的输出管，因此cg电容主要由nmos调整管100栅极电容所占据，cm为米勒补偿电容。基于基尔霍夫电压和电流定律，下式（2）给出了v
fb
到vg的小信号传输函数：
（2）其中，s为拉普拉斯参数。由式（2）可以看出，主反馈电路和前馈电路340共同作用下，传输函数会出现一个零点，并且如果g
mf1
大于g
m1
时，该零点位于左半平面，式（3）给出了该零点频率位置：（3）g
m1gm2ro1
表示为主反馈电路的第一级的增益g
m1
*r
o1
和第二级的跨导g
m2
乘积，在电路设计过程中，一般g
m1ro1
远大于1，而g
m2
和g
mf1
数量级相当，所以g
m1gm2ro1
与g
mf1
之和主要由g
m1gm2ro1
所占据，零点可以进一步简化为式（4）：（4）由式（4）可以看出，前馈电路340与主反馈电路产生的零点和前馈电路340的g
mf1
成反相关，而g
mf1
与前馈电路340的偏置电流成正相关，因此，该零点与前馈电路340的偏置电流成反相关。
34.在一些实施例中，第二运放电路330并联有米勒补偿电容cm。
[0035]vfb
到vg传输函数的q值由式（5）给出，（5）（6）（7）在电路设计过程中，米勒补偿电路cm》cg，公式（5）可以看出q值很容易就会小于0.5（电路增益级一般都会大于10，也即g
m2
*r
o1
》10，g
m2
*r
o2
》10），因此v
fb
到vg的传输函数会有两个分离左半平面的极点，极点位置如式（6）和（7）所示，pn为主极点，p
nd
为非主极点。对于中小规模数字电路设计，ldo提供的电流不会过大，cg电容一般在pf量级，通过设置米勒补偿电容cm，可以将非主极点p
nd
推到环路带宽以外位置，保证环路稳定性。
[0036]
在一些实施例中，第一运放电路320包括第一差分对管、第一电流镜单元和第二电流镜单元，第一差分对管配置为接入第二偏置电流，并分别在参考信号和输出反馈信号的控制下生成对应的第一电流和第二电流；第一电流镜单元与第一差分对管电连接，且配置为接入第一电流，并提供对应的第一镜像电流；第二电流镜单元与第一差分对管电连接，且配置为接入第二电流，并提供对应的第二镜像电流；第一电流镜单元的输出端和第二电流镜单元的输出端电连接，第一电流镜单元的输出端和第二电流镜单元的输出端用于提供第一放大信号。
[0037]
在本实施方式中，参考信号和输出反馈信号分别输送至第一差分对管中两个晶体管，以对第二偏置电流进行控制，生成第一电流和第二电流。第一电流和第二电流经过至少一次镜像复制后汇合成第一放大信号，第一放大信号用于表征参考信号和输出反馈信号之
间的差值。
[0038]
参照图4，在一些实施例中，第一差分对管包括第一pmos管pm1和第二pmos管pm2。第一pmos管pm1的栅极接入参考信号v
ref
，第二pmos管pm2的栅极接入输出反馈信号v
fb
。第一pmos管pm1的源极和第二pmos管pm2的源极相连接，用于接入第二偏置电流，第一pmos管pm1的漏极提供第一电流，第二pmos管pm2的漏极提供第二电流。
[0039]
第一电流镜单元包括第一nmos管nm1、第三nmos管nm3、第三pmos管pm3和第四pmos管pm4，第一nmos管nm1的漏极和栅极均与第一pmos管pm1的漏极连接，第三nmos管nm3的栅极与第一nmos管nm1的栅极连接，第一nmos管nm1的源极和第三nmos管nm3的源极均接地，第三pmos管pm3的栅极分别与第三pmos管pm3的漏极、第三nmos管nm3的漏极和第四pmos管pm4的栅极连接，第三pmos管pm3的源极和第四pmos管pm4的源极接入输入电压。
[0040]
第一nmos管nm1和第三nmos管nm3形成电流镜，第三pmos管pm3和第四pmos管pm4形成电流镜，第一电流经过两次镜像复制后形成第一镜像电流，第四pmos管pm4的漏极提供第一镜像电流。
[0041]
第二电流镜单元包括第二nmos管nm2和第四nmos管nm4，第二nmos管nm2的漏极和栅极均与第二pmos管pm2的漏极连接，第四nmos管nm4的栅极与第二nmos管nm2的栅极连接，第二nmos管nm2的源极和第四nmos管nm4的源极接地。
[0042]
第二nmos管nm2和第四nmos管nm4形成电流镜，第二电流经过一次镜像复制后形成第二镜像电流，第四nmos管nm4的漏极提供第二镜像电流。
[0043]
在本实施方式中，nmos调整管100为第七nmos管nm7，反馈电路310包括串联的第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1的第一端与第七nmos管nm7的源极连接，第一电阻r1的第二端和第二电阻r2的第一端连接，第二电阻r2的第二端接地。第一电阻r1和第二电阻r2的连接点用于提供输出反馈信号v
fb
。
[0044]
在一些实施例中，第二运放电路330包括第三电流镜单元和第六nmos管nm6，第三电流镜单元与第一差分对管电连接，且配置为接入第二电流，并提供对应的第三镜像电流；第六nmos管nm6的漏极分别与第三电流镜单元的输出端和nmos调整管100的栅极电连接，第六nmos管nm6的栅极用于接入第一放大信号，第六nmos管nm6的源极接地。
[0045]
在一些实施例中，第三电流镜单元包括第五nmos管nm5、第五pmos管pm5和第六pmos管pm6。第五nmos管nm5的栅极与第二nmos管nm2的栅极连接，第五nmos管nm5的源极接地。第五pmos管pm5的栅极分别与第五pmos管pm5的漏极、第五nmos管nm5的漏极和第六pmos管pm6的栅极连接，第五pmos管pm5的源极和第六pmos管pm6的源极接入输入电压。
[0046]
第五nmos管nm5和第二nmos管nm2形成电流镜，第五pmos管pm5和第六pmos管pm6形成电流镜，第二电流经过两次镜像复制后形成第三镜像电流，第六pmos管pm6的漏极提供第三镜像电流。
[0047]
第六nmos管nm6的漏极分别与第六pmos管pm6的漏极和第七nmos管nm7的栅极电连接，第六nmos管nm6的栅极与第四pmos管pm4的漏极连接。
[0048]
在一些实施例中，前馈电路340包括pmos管、第二差分对管、第四电流镜单元和第五电流镜单元，pmos管的源极用于接入输入电压，pmos管的栅极由第一偏置电流所形成的电压所偏置；第二差分对管与pmos管的漏极电连接，且配置为基于pmos管提供的第三偏置电流，分别在参考信号和输出反馈信号的控制下生成对应的第三电流和第四电流；第四电
流镜单元与第二差分对管电连接，且配置为接入第三电流，并提供第四镜像电流；第五电流镜单元与第二差分对管电连接，且配置为接入第四电流，并提供第五镜像电流；第四电流镜单元的输出端和第五电流镜单元的输出端均与nmos调整管100的栅极电连接，第四电流镜单元的输出端和第五电流镜单元的输出端用于提供前馈信号。
[0049]
在本实施方式中，参考信号和输出反馈信号分别输送至第二差分对管中两个晶体管，以对第三偏置电流进行控制，生成第三电流和第四电流。第三电流和第四电流经过至少一次镜像复制后汇合成前馈信号，前馈信号用于表征参考信号和输出反馈信号之间的差值。
[0050]
在一些实施例中，前馈电路340和第一运放电路320可以采用相同的电路结构，其区别在于输出反馈信号v
fb
和参考信号v
ref
的接入位置相反。因此，前馈信号和第一放大的信号的相位相反。
[0051]
参照图5，在一些实施例中，上述pmos管为第十五pmos管pm15，第十五pmos管pm15的源极用于接入输入电压，第十五pmos管pm15的栅极由第一偏置电流所形成的电压所偏置。偏置电路200所提供的第一偏置电流用于驱动第十五pmos管pm15，用于调节流经第十五pmos管pm15的电流，以提供第三偏置电流。
[0052]
第二差分对管包括第十一pmos管pm11和第十二pmos管pm12。第十一pmos管pm11的栅极接入输出反馈信号v
fb
，第十二pmos管pm12的栅极接入参考信号v
ref
。第十一pmos管pm11的源极和第十二pmos管pm12的源极相连接，用于接入第三偏置电流，第十一pmos管pm11的漏极提供第三电流，第十二pmos管pm12的漏极提供第四电流。
[0053]
第四电流镜单元包括第十一nmos管nm11、第十三nmos管nm13、第十三pmos管pm13和第十四pmos管pm14，第十一nmos管nm11的漏极和栅极均与第十一pmos管pm11的漏极连接，第十三nmos管nm13的栅极与第十一nmos管nm11的栅极连接，第十一nmos管nm11的源极和第十三nmos管nm13的源极均接地，第十三pmos管pm13的栅极分别与第十三pmos管pm13的漏极、第十三nmos管nm13的漏极和第十四pmos管pm14的栅极连接，第十三pmos管pm13的源极和第十四pmos管pm14的源极接入输入电压。
[0054]
第十一nmos管nm11和第十三nmos管nm13形成电流镜，第十三pmos管pm13和第十四pmos管pm14形成电流镜，第三电流经过两次镜像复制后形成第四镜像电流，第十四pmos管pm14的漏极提供第四镜像电流。
[0055]
第五电流镜单元包括第十二nmos管nm12和第十四nmos管nm14，第十二nmos管nm12的漏极和栅极均与第十二pmos管pm12的漏极连接，第十四nmos管nm14的栅极与第十二nmos管nm12的栅极连接，第十二nmos管nm12的源极和第十四nmos管nm14的源极接地。
[0056]
第十二nmos管nm12和第十四nmos管nm14形成电流镜，第四电流经过一次镜像复制后形成第五镜像电流，第十四nmos管nm14的漏极提供第五镜像电流。其中，各电流镜的复制比例可以根据需求进行设置。
[0057]
在一些实施例中，偏置电路200包括nmos镜像管、第六电流镜单元和第七电流镜单元，nmos镜像管的栅极和源极均与nmos调整管100的栅极和源极电连接，用于按比例复制nmos调整管100的负载电流；第六电流镜单元与nmos镜像管电连接，且配置为接入流经nmos镜像管的电流，并提供第六镜像电流；第七电流镜单元，配置为接入基准电流，并提供第七镜像电流；第六电流镜单元的输出端和第七电流镜单元的输出端电连接，第六电流镜单元
的输出端和第七电流镜单元的输出端用于提供第一偏置电流，第一偏置电流为第七镜像电流与第六镜像电流之差。
[0058]
在本实施方式中。第一偏置电流=第七镜像电流-第六镜像电流，第七镜像电流和第六镜像电流的差值用于形成第一偏置电流。由于nmos镜像管用于复制负载电流，第六镜像电流与负载电流成正相关，而第一偏置电流与第六镜像电流呈反相关，由此第一偏置电流与负载电流成反相关。
[0059]
参照图6，在一些实施例中，nmos镜像管为第二十九nmos管nm29，第二十九nmos管nm29的栅极与第七nmos管nm7的栅极连接，第二十九nmos管nm29的源极与第七nmos管nm7的源极连接。
[0060]
在本实施方式中，第一偏置电流流过以二极管连接方式的第二十六pmos管pm26，以提供第十五pmos管pm15的栅极偏置。
[0061]
第六电流镜单元包括第二十七pmos管pm27和第二十八pmos管pm28，第二十八pmos管pm28的栅极分别与第二十八pmos管pm28的漏极、第二十九nmos管nm29的漏极和第二十七pmos管pm27的栅极连接，第二十七pmos管pm27的源极和第二十八pmos管pm28的源极接入输入电压。
[0062]
第二十九nmos管nm29用于按比例复制第七nmos管nm7的负载电流，第二十七pmos管pm27和第二十八pmos管pm28形成电流镜，负载电流经过两次镜像形成第六镜像电流。
[0063]
在一些实施例中，基准电流包括第一基准电流ib1和第二基准电流ib2，第七电流镜采用了共源共栅管，并且提供第七镜像电流，共源共栅管配置为接入第一基准电流ib1；nmos偏置管的漏极和栅极电连接，并且接入第二基准电流ib2，用于给共源共栅管提供偏置电压。
[0064]
继续参照图6，在本实施方式中，nmos偏置管为第二十二nmos管nm22，共源共栅电流镜包括第二十三nmos管nm23、第二十四nmos管nm24、第二十五nmos管nm25和第二十六nmos管nm26。第二十二nmos管nm22的栅极和漏极连接，用于接入第二基准电流ib2，第二十四nmos管nm24的漏极用于接入第一基准电流ib1。第二十四nmos管nm24的栅极分别与第二十五nmos管nm25的栅极和第二十二nmos管nm22的漏极连接，第二十四nmos管nm24的源极与第二十三nmos管nm23的漏极连接，第二十三nmos管nm23的栅极分别与第二十六nmos管nm26的栅极和第二十四nmos管nm24的漏极连接，第二十五nmos管nm25的源极与第二十六nmos管nm26的漏极连接，第二十二nmos管nm22的源极、第二十三nmos管nm23的源极和第二十六nmos管nm26的源极均接地。
[0065]
在本实施方式中，第二十六pmos管pm26的栅极分别与第二十六pmos管pm26的漏极和第十五pmos管pm15的栅极连接，第二十六pmos管pm26和第十五pmos管pm15形成电流镜。流过第二十六pmos管pm26源极和漏极的电流为第一偏置电流，第一偏置电流等于nm25/nm26的电流与pm27电流之差，该第一偏置电流通过pm26提供图5中第十五pmos管pm15的栅极电压pgate。
[0066]
作为一种示例，第二十九nmos管nm29和第七nmos管nm7之间的复制比例可以为1：n1。假如低压差线性稳压电路的负载电流为iout，则流过第二十九nmos管nm29和第二十八pmos管pm28的电流近似为iout/n1，第二十七pmos管pm27与第二十八pmos管pm28按照1：n2的关系镜像，流过第二十七pmos管pm27的电流为iout/(n1*n2)。ib1和ib2为基准电流，假设
均为ibias，第二十二nmos管nm22提供第二十四nmos管nm24和第二十五nmos管nm25的栅极电压，假设第二十五nmos管nm25和第二十六nmos管nm26与第二十四nmos管nm24和第二十三nmos管nm23按照n3:1镜像，则流过第二十五nmos管nm25和第二十六nmos管nm26的电流为n3*ibias。由此，流过第二十六pmos管pm26的电流为n3*ibias-iout/(n1*n2)，第二十六pmos管pm26和第十五pmos管pm15可以采用相同尺寸，使得两者的镜像比例为1:1。由此则流过第十五pmos管pm15的电流也为n3*ibias-iout/(n1*n2)。n1、n2和n3取一定值就可以保证前馈电路340的跨导g
mf1
大于第一运放a
v1
的跨导g
m1
，从而前馈通路产生的零点位于左半平面，该零点与电流n3*ibias-iout/(n1*n2)成反相关。
[0067]
在一些实施例中，低压差线性稳压电路还包括：第八电流镜单元，配置为接入参考电流ibias，并提供第一基准电流ib1和第二基准电流ib2，参考电流ibias、第一基准电流ib1和第二基准电流ib2之间的比例为1:1:1。
[0068]
继续参考图4，在本实施方式中，第八电流镜单元可以包括第三十一pmos管pm31、第三十二pmos管pm32、第三十三pmos管pm33和第三十四pmos管pm34。第三十一pmos管pm31的栅极分别与第三十一pmos管pm31的漏极、第三十二pmos管pm32的栅极、第三十三pmos管pm33的栅极和第三十四pmos管pm34的栅极连接，第三十一pmos管pm31的源极、第三十二pmos管pm32的源极、第三十三pmos管pm33的源极和第三十四pmos管pm34的源极接入输入电压，第三十四pmos管pm34的漏极分别与第一pmos管pm1的源极和第二pmos管pm2的源极电连接。第三十二pmos管pm32的漏极提供第一基准电流，第三十三pmos管pm33的漏极提供第二基准电流，第三十四pmos管pm34的漏极提供第二偏置电流。
[0069]
第三十一pmos管pm31、第三十二pmos管pm32和第三十三pmos管pm33的镜像比例为1:1:1。由此，ibias：ib1：ib2=1:1:1。第三十四pmos管pm34与第三十一pmos管pm31的镜像比例则可以根据需求进行设置。
[0070]
本发明还提供了一种电源设备，电源设备包括根据前述的低压差线性稳压电路。
[0071]
在一些实施例中，低压差线性稳压电路可以集成于电源芯片中，电源芯片用于为用电器件进行供电，该用电器件可以为芯片等。当然，低压差线性稳压电路还可以应用于其他设备中，低压差线性稳压电路的具体结构可以参照前述各实施例，本实施方式在此不再赘述。
[0072]
根据本发明的电源设备，通过采用具有高稳定性、高带宽、高响应速度和低输出波纹电压的低压差线性稳压电路，使得所提供的电源更可靠，保证了后端电路的用电需求。当然，低压差线性稳压电路还可以采用上述各实施例中的技术方案，其也具有相应的技术效果。
[0073]
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结
构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0075]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种低压差线性稳压电路，其特征在于，包括：nmos调整管；偏置电路，与所述nmos调整管电连接，且配置为根据所述nmos调整管的负载电流提供第一偏置电流，所述第一偏置电流与所述负载电流成反相关；反馈控制电路，分别与所述nmos调整管和所述偏置电路电连接，且配置为根据所述nmos调整管的输出反馈信号、参考信号和所述第一偏置电流生成控制信号，并利用所述控制信号对所述nmos调整管的栅极电压进行调节，其中，所述反馈控制电路中从所述输出反馈信号至所述控制信号的传输函数的零点与所述第一偏置电流成反相关。2.根据权利要求1所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述反馈控制电路包括：反馈电路，与所述nmos调整管电连接，且配置为根据所述nmos调整管的输出电压生成输出反馈信号；第一运放电路，与所述反馈电路电连接，且配置为根据所述输出反馈信号和参考信号之间的差值生成第一放大信号；第二运放电路，分别与所述第一运放电路和所述nmos调整管电连接，且配置为对所述第一放大信号进行放大，生成第二放大信号；前馈电路，分别与所述反馈电路、所述偏置电路和所述nmos调整管电连接，且配置为在所述第一偏置电流的调整下，根据所述输出反馈信号和所述参考信号之间的差值生成前馈信号，所述前馈电路的跨导大于所述第一运放电路的跨导，所述前馈电路的跨导与所述第一偏置电流成正相关；所述第二放大信号和所述前馈信号组合后用于控制所述nmos调整管。3.根据权利要求2所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第一运放电路包括：第一差分对管，配置为接入第二偏置电流，并分别在所述参考信号和所述输出反馈信号的控制下生成对应的第一电流和第二电流；第一电流镜单元，与所述第一差分对管电连接，且配置为接入所述第一电流，并提供对应的第一镜像电流；第二电流镜单元，与所述第一差分对管电连接，且配置为接入所述第二电流，并提供对应的第二镜像电流；所述第一电流镜单元的输出端和所述第二电流镜单元的输出端电连接，所述第一电流镜单元的输出端和所述第二电流镜单元的输出端用于提供所述第一放大信号。4.根据权利要求3所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第二运放电路包括：第三电流镜单元，与所述第一差分对管电连接，且配置为接入所述第二电流，并提供对应的第三镜像电流；nmos管，所述nmos管的漏极分别与所述第三电流镜单元的输出端和所述nmos调整管的栅极电连接，所述nmos管的栅极用于接入所述第一放大信号，所述nmos管的源极接地。5.根据权利要求2所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述第二运放电路并联有米勒补偿电容。6.根据权利要求2所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述前馈电路包括：pmos管，所述pmos管的源极用于接入输入电压，所述pmos管的栅极由所述第一偏置电流所形成的电压所偏置；
第二差分对管，与所述pmos管的漏极电连接，且配置为基于所述pmos管提供的第三偏置电流，分别在所述参考信号和所述输出反馈信号的控制下生成对应的第三电流和第四电流；第四电流镜单元，与所述第二差分对管电连接，且配置为接入所述第三电流，并提供第四镜像电流；第五电流镜单元，与所述第二差分对管电连接，且配置为接入所述第四电流，并提供第五镜像电流；所述第四电流镜单元的输出端和所述第五电流镜单元的输出端均与所述nmos调整管的栅极电连接，所述第四电流镜单元的输出端和所述第五电流镜单元的输出端用于提供所述前馈信号。7.根据权利要求1-6中任一项所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述偏置电路包括：nmos镜像管，所述nmos镜像管的栅极和源极均与所述nmos调整管的栅极和源极电连接，用于按比例复制所述nmos调整管的负载电流；第六电流镜单元，与所述nmos镜像管电连接，且配置为接入流经所述nmos镜像管的电流，并提供第六镜像电流；第七电流镜单元，配置为接入基准电流，并提供第七镜像电流；所述第六电流镜单元的输出端和所述第七电流镜单元的输出端电连接，所述第六电流镜单元的输出端和所述第七电流镜单元的输出端用于提供所述第一偏置电流，所述第一偏置电流为所述第七镜像电流与所述第六镜像电流之差。8.根据权利要求7所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述基准电流包括第一基准电流和第二基准电流，所述第七电流镜单元包括：共源共栅管，配置为接入所述第一基准电流，并且提供所述第七镜像电流；nmos偏置管，所述nmos偏置管的漏极和栅极电连接，并且接入所述第二基准电流，用于给所述共源共栅管提供偏置电压。9.根据权利要求8所述的低压差线性稳压电路，其特征在于，所述低压差线性稳压电路还包括：第八电流镜单元，配置为接入参考电流，并提供所述第一基准电流和所述第二基准电流，所述参考电流、所述第一基准电流和所述第二基准电流之间的比例为1:1:1。10.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括根据权利要求1-9中任一项所述的低压差线性稳压电路。

技术总结
本发明公开了一种低压差线性稳压电路及电源设备，属于电子技术领域。低压差线性稳压电路包括：NMOS调整管；偏置电路，与NMOS调整管电连接，且配置为根据NMOS调整管的负载电流提供第一偏置电流，第一偏置电流与负载电流成反相关；反馈控制电路，分别与NMOS调整管和偏置电路电连接，且配置为根据NMOS调整管的输出反馈信号、参考信号和第一偏置电流生成控制信号，并利用控制信号对NMOS调整管的栅极电压进行调节。通过使输出反馈信号至NMOS调整管栅极的传输函数的零点与负载电流成正相关，实现了零点对输出极点的追踪，拓宽了带宽，环路稳定性和响应速度得到改善，降低了输出电压的纹波。波。波。


技术研发人员：徐永志 梁源超 刘小妮
受保护的技术使用者：珠海智融科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/18