一种动态调节输出的低压差线性稳压器及片上系统的制作方法

1.本技术涉及芯片领域，具体而言，涉及一种动态调节输出的低压差线性稳压器及片上系统。


背景技术：

2.低压差稳压器(英语：low-dropout regulator，ldo)，又称低压差线性稳压器，是线性直流稳压器的一种，可以用于将高的输入电压转换为低电压，为后级负载电路模块供电，例如可以用于在片上系统(简称，soc)中进行电压调节。ldo因为具有低功耗、高电源抑制能力以及面积小等优点，在高性能电源模块中得到广泛的应用。
3.随着科技的发展，soc的集成度要求越来越高，需要本领域人员优化布局资源分配。具体地，关于如何基于ldo完成布局优化，从而减小产品体积，成为了本领域技术人员所关注的难题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种动态调节输出的低压差线性稳压器及片上系统，以至少部分改善上述问题。
5.为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.第一方面，本技术实施例提供一种动态调节输出的低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括主体电路和参考电压转换电路，所述主体电路包括误差放大器和输出电压调节单元；
7.所述误差放大器的第一输入端连接于所述参考电压转换电路的输出端，所述误差放大器的输出单连接于所述输出电压调节单元的第一端，所述误差放大器的第二输入端连接于所述输出电压调节单元的第二端，所述输出电压调节单元的第二端还用于连接后级负载电路，所述输出电压调节单元的第三端连接于第一驱动电源；
8.所述参考电压转换电路用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压。
9.可选地，所述误差放大器用于在接收到使能信号时，基于所述输出电压调节单元的输出电压和所述参考电压的比较结果，输出第一控制信号；
10.所述输出电压调节单元用于基于所述第一控制信号调整所述输出电压。
11.可选地，所述参考电压转换电路包括管理单元和分压单元，所述管理单元与所述分压单元的控制端连接，所述分压单元的第一端连接于第二驱动电源，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的输出端作为所述参考电压转换电路的输出端，连接于所述误差放大器的第一输入端；
12.所述管理单元用于依据所述电压输出需求指令，向所述分压单元发送第二控制信号；
13.所述分压单元用于在接收到所述第二控制信号后，输出对应的参考电压。
14.可选地，所述分压单元包括n个分压电阻和n-1个开关管，n大于或等于3；
15.所述n个分压电阻依次串联，在相邻电阻之间引出n-1个接线端子；
16.每一个接线端子分别与对应的开关管的第一极连接，所述n-1个开关管的第二极均为所述分压单元的控制端，连接于所述管理单元，所述n-1个开关管的第三极连接于所述分压单元的输出端。
17.可选地，所述第二控制信号包括每一个开关管对应的子控制信号，所述管理单元为解码器，所述解码器的输入端用于接收所述电压输出需求指令，所述解码器的n-1个输出端与所述n-1个开关管的第二极一一对应连接；
18.所述解码器用于依据所述电压输出需求指令，生成n-1个子控制信号，并将所述n-1个子控制信号分别发送给对应的开关管的第二极，以调节对应开关管的通断状态。
19.可选地，在同一时间下，最多允许1个开关管处于导通状态。
20.可选地，所述开关管为pmos管，所述pmos管的源极作为所述开关管的第一极，所述pmos管的栅极作为所述开关管的第二极，所述pmos管的漏极作为所述开关管的第三极。
21.可选地，所述输出电压调节单元包括一个pmos管或多个并联的pmos管；
22.或者，所述输出电压调节单元包括一个nmos管或多个并联的nmos管。
23.可选地，所述误差放大器的反相输入端作为其第一输入端连接于所述参考电压转换电路的输出端，所述误差放大器的同相输入端作为其第二输入端连接于所述输出电压调节单元的第二端。
24.第二方面，本技术实施例提供一种片上系统，包括：上述的低压差线性稳压器。
25.相对于现有技术，本技术实施例所提供的一种动态调节输出的低压差线性稳压器及片上系统，包括主体电路和参考电压转换电路，主体电路包括误差放大器和输出电压调节单元；误差放大器的第一输入端连接于参考电压转换电路的输出端，误差放大器的输出单连接于输出电压调节单元的第一端，误差放大器的第二输入端连接于输出电压调节单元的第二端，输出电压调节单元的第二端还用于连接后级负载电路，输出电压调节单元的第三端连接于第一驱动电源；参考电压转换电路用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压。参考电压转换电路可以根据电压输出需求指令来产生不同的参考电压，从而得到期望的不同的输出电压，实现动态调节输出电压的目的。
26.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
28.图1为本技术实施例提供的低压差线稳压器的结构示意图；
29.图2为本技术实施例提供的参考电压转换电路的结构示意图；
30.图3为本技术实施例提供的分压单元的结构示意图；
31.图4为本技术实施例提供的动态调节输出的低压差线性稳压器的仿真结果示意图。
32.图中：10-主体电路；20-参考电压转换电路；30-后级负载电路；101-误差放大器；102-电压调节单元；103-补偿网络；104-偏置电路；105-带隙输出缓冲器；201-管理单元；202-分压单元。
具体实施方式
33.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
38.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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技术中的具体含义。
39.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.请参考图1，图1为本技术实施例提供的低压差线稳压器的结构示意图。如图1所示，动态调节输出的低压差线性稳压器包括主体电路10和参考电压转换电路20，主体电路10包括误差放大器101和输出电压调节单元102。
41.误差放大器101的第一输入端连接于参考电压转换电路20的输出端，误差放大器101的输出端连接于输出电压调节单元102的第一端，误差放大器101的第二输入端连接于
输出电压调节单元102的第二端，输出电压调节单元102的第二端还用于连接后级负载电路30，输出电压调节单元102的第三端连接于第一驱动电源vdd1；
42.参考电压转换电路20用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压。
43.应理解，电压输出需求指令与当前与输出电压调节单元102导通的后级负载电路30的需求电压对应，需求电压可以等于参考电压。
44.假设，输出电压调节单元102包括一个pmos管或多个并联的pmos管。为了提供稳定的输出和较大的负载电流，输出电压调节单元102通常采用较大量的输出管(例如mp管)。应理解，通过误差放大器101对输入的参考电压vref和输出电压调节单元102的输出电压反馈信号进行电压对比，如果输出电压反馈信号高于vref，误差放大器101会输出抑制mp开启的栅极电压，从而拉低输出电压；如果输出电压反馈信号低于vref，误差放大器101输出提升mp开启的栅极电压，从而拉高输出电压。所以，输入参考电压vref对ldo的输出电压有重要影响。若误差放大器101的第一输入端连接于外接基准电压源，由外接基准电压源提供一个固定的输入参考电压vref，从而得到一个固定的输出电压。当外部需要ldo提供多个不同电压时，即ldo的输出电压可调节的需求时，固定的输入参考电压vref将不能满足输出电压可调节的需求。
45.在本技术方案中，参考电压转换电路20可以对接基准电压源提供的固定电压进行转换，从而输出不同档位的参考电压vref，实现参考输入电压和输出电压均可调的ldo电路设计，采用了输入参考电压vref可调节的电路设计，从而可以根据档位设置的输入来产生不同的vref，从而得到期望的不同的输出电压，实现动态调节输出电压的目的。
46.综上所述，本技术实施例提供了一种动态调节输出的低压差线性稳压器，包括主体电路和参考电压转换电路，主体电路包括误差放大器和输出电压调节单元；误差放大器的第一输入端连接于参考电压转换电路的输出端，误差放大器的输出单连接于输出电压调节单元的第一端，误差放大器的第二输入端连接于输出电压调节单元的第二端，输出电压调节单元的第二端还用于连接后级负载电路，输出电压调节单元的第三端连接于第一驱动电源；参考电压转换电路用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压。参考电压转换电路可以根据电压输出需求指令来产生不同的参考电压，从而得到期望的不同的输出电压，实现动态调节输出电压的目的。
47.可选地，误差放大器101用于在接收到使能信号时，基于输出电压调节单元102的输出电压和参考电压的比较结果，输出第一控制信号；
48.输出电压调节单元102用于基于第一控制信号调整输出电压。
49.应理解，第一控制信号可以为图1中p1出的电压信号，通过第一控制信号可以调整输出电压调节单元102的输出电压，以使输出电压等于参考电压，参考电压可调，则输出电压有多种档位选择，可以满足不同负载，在不同时期的电压需求。
50.可选地，在图1的基础上，关于参考电压转换电路20的结构，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图2，图2为本技术实施例提供的参考电压转换电路的结构示意图。
51.如图2所示，参考电压转换电路20包括管理单元201和分压单元202，管理单元201与分压单元202的控制端连接，分压单元202的第一端连接于第二驱动电源vdd2，分压单元202的第二端接地vss，分压单元202的输出端作为参考电压转换电路20的输出端，连接于误
差放大器101的第一输入端，用于输出参考电压vref。
52.管理单元201用于依据电压输出需求指令，向分压单元202发送第二控制信号(图2中p2所示)。
53.分压单元202用于在接收到第二控制信号后，输出对应的参考电压。
54.请参考图3，图3为本技术实施例提供的分压单元的结构示意图。如图3所示，分压单元202包括n个分压电阻ri和n-1个开关管qt，n大于或等于3，i表示分压电阻的序号，t表示开关管的序号，1≤i≤n，1≤t≤n-1。
55.其中，开关管qt可以为pmos管、三极管以及场效应管等等。
56.n个分压电阻ri依次串联，在相邻电阻之间引出n-1个接线端子。串联电阻的一端(分压电阻r1的一端)连接第二驱动电源vdd2，串联电阻的另一端(分压电阻rn的一端)接地vss。
57.每一个接线端子分别与对应的开关管qt的第一极连接，n-1个开关管qt的第二极均为分压单元202的控制端，连接于管理单元201，n-1个开关管qt的第三极连接于分压单元202的输出端，作为参考电压转换电路20的输出端，连接于误差放大器101的第一输入端。
58.在一种可能的实现方式中，第二控制信号包括每一个开关管qt对应的子控制信号，管理单元201为解码器(decode)，解码器的输入端用于接收电压输出需求指令，解码器的n-1个输出端(s[1]-s[n-1])与n-1个开关管qt(q1-qn-1)的第二极一一对应连接。
[0059]
解码器用于依据电压输出需求指令，生成n-1个子控制信号，并将n-1个子控制信号分别发送给对应的开关管qt的第二极，以调节对应开关管qt的通断状态。
[0060]
可选地，在同一时间下，最多允许1个开关管qt处于导通状态。
[0061]
可选地，开关管qt为pmos管，pmos管的源极作为开关管qt的第一极，连接于分压单元202引出的接线端子，pmos管的栅极作为开关管qt的第二极，连接于管理单元201，pmos管的漏极作为开关管qt的第三极，连接于误差放大器101的第一输入端。
[0062]
在本技术方案通过解码器加电阻分压提供给档位可调的vref输出的设计架构。通过一串相同或不同阻值的电阻将vdd到vss进行n+1个分压，每个分压点由通过pmos管进行vref[*]的电压管控，当s[*]为低电位时，对应的pmos管导通，将对应的分压电压输送出来形成选定的vref作为输入去参与误差放大器101的电压对比，与输出电压反馈信号的电压进行高低的对比，根据对比结果再进行功率管mp的开启调节，直到输出电压稳定在vref电压。
[0063]
s[0]、s1.……
s[m]、s[n-1]由输入档位信号d[j:0]经过解码器产生。例如8位的d[7:0]输入档位信号，可以产生128个控制档位s[127:0]，每次有且只有一位s[*]为低电压有效，开启对应pmos选择vref[*]，即可有128个vref的输入参考电压可选可调节。
[0064]
在带vref可调节设计的ldo设计架构，通过分压解码vref电路，通过电压输出需求指令(档位可调输入信号d[j:0])的输入配置，可以选择不同的vref，然后输入给误差放大器101，从而产生同电压的输出电压vout。当vref电压变得可调时，vout的电压也为可调节，此时ldo可以根据输入的配置，为根据需要提供不同电压的输出vout。
[0065]
可选地于，输出电压调节单元102包括一个pmos管或多个并联的pmos管；或者，输出电压调节单元102包括一个nmos管或多个并联的nmos管。
[0066]
在一种可能的实现方式中，误差放大器101的反相输入端作为其第一输入端连接
于参考电压转换电路20的输出端，误差放大器101的同相输入端作为其第二输入端连接于输出电压调节单元102的第二端。
[0067]
请继续参考图1，在一种可能的实现方式中，主体电路10还包括偏置电路104和补偿网络103，偏置电路104分别与误差放大器101的第一输入端、补偿网络103的第一端连接，补偿网络103的第二端连接于误差放大器101的输出端，补偿网络103的第三端连接于误差放大器101的第二输入端，补偿网络103的第一端还连接于误差放大器101的驱动端。
[0068]
可选地，偏置电路104用于提供偏置电压，补偿网络103用于进行相位裕度补偿。
[0069]
主体电路10还包括带隙输出缓冲器105(bg buffer)，带隙输出缓冲器105的一端连接于偏置电路104，另一端连接于误差放大器101的第一输入端。带隙输出缓冲器105还连接于误差放大器101的第一输入端与参考电压转换电路20之间。
[0070]
bg buffer用于将输入的电压加强驱动后输送给误差放大器101的输入端，并提供电流。补偿网络103采用零点补偿技术，通过引入零点的方式补偿ldo环路的相位裕度。偏置电路104为ldo提供稳定的偏置电压。
[0071]
请参考图4，图4为本技术实施例提供的动态调节输出的低压差线性稳压器的仿真结果示意图。其中，d为电压输出需求指令(档位可调输入信号d[j:0])，vddin表示第一驱动电源，vref为参考电压，vout为输出电压。基于相同的1.05v的vddin，当电压调节档位为3比特的d[2:0]时，可以产生8个档位的不同vref和vout，输出电压范围0.9v～0.83v，step电压间隔为10mv。
[0072]
本技术方案还提供了一种片上系统，包括：上述的低压差线性稳压器。
[0073]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
[0074]
对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种动态调节输出的低压差线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括主体电路和参考电压转换电路，所述主体电路包括误差放大器和输出电压调节单元；所述误差放大器的第一输入端连接于所述参考电压转换电路的输出端，所述误差放大器的输出单连接于所述输出电压调节单元的第一端，所述误差放大器的第二输入端连接于所述输出电压调节单元的第二端，所述输出电压调节单元的第二端还用于连接后级负载电路，所述输出电压调节单元的第三端连接于第一驱动电源；所述参考电压转换电路用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压；所述误差放大器用于在接收到使能信号时，基于所述输出电压调节单元的输出电压和所述参考电压的比较结果，输出第一控制信号；所述输出电压调节单元用于基于所述第一控制信号调整所述输出电压；所述参考电压转换电路包括管理单元和分压单元，所述管理单元与所述分压单元的控制端连接，所述分压单元的第一端连接于第二驱动电源，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的输出端作为所述参考电压转换电路的输出端，连接于所述误差放大器的第一输入端；所述管理单元用于依据所述电压输出需求指令，向所述分压单元发送第二控制信号；所述分压单元用于在接收到所述第二控制信号后，输出对应的参考电压；所述分压单元包括n个分压电阻和n-1个开关管，n大于或等于3；所述n个分压电阻依次串联，在相邻电阻之间引出n-1个接线端子；每一个接线端子分别与对应的开关管的第一极连接，所述n-1个开关管的第二极均为所述分压单元的控制端，连接于所述管理单元，所述n-1个开关管的第三极连接于所述分压单元的输出端；所述第二控制信号包括每一个开关管对应的子控制信号，所述管理单元为解码器，所述解码器的输入端用于接收所述电压输出需求指令，所述解码器的n-1个输出端与所述n-1个开关管的第二极一一对应连接；所述解码器用于依据所述电压输出需求指令，生成n-1个子控制信号，并将所述n-1个子控制信号分别发送给对应的开关管的第二极，以调节对应开关管的通断状态。2.如权利要求1所述的动态调节输出的低压差线性稳压器，其特征在于，在同一时间下，最多允许1个开关管处于导通状态。3.如权利要求1所述的动态调节输出的低压差线性稳压器，其特征在于，所述开关管为pmos管，所述pmos管的源极作为所述开关管的第一极，所述pmos管的栅极作为所述开关管的第二极，所述pmos管的漏极作为所述开关管的第三极。4.如权利要求1所述的动态调节输出的低压差线性稳压器，其特征在于，所述输出电压调节单元包括一个pmos管或多个并联的pmos管；或者，所述输出电压调节单元包括一个nmos管或多个并联的nmos管。5.如权利要求1所述的动态调节输出的低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器的反相输入端作为其第一输入端连接于所述参考电压转换电路的输出端，所述误差放大器的同相输入端作为其第二输入端连接于所述输出电压调节单元的第二端。6.一种片上系统，其特征在于，包括：权利要求1-5中任意一项所述的低压差线性稳压器。

技术总结
本申请提出一种动态调节输出的低压差线性稳压器及片上系统，包括主体电路和参考电压转换电路，主体电路包括误差放大器和输出电压调节单元；误差放大器的第一输入端连接于参考电压转换电路的输出端，误差放大器的输出单连接于输出电压调节单元的第一端，误差放大器的第二输入端连接于输出电压调节单元的第二端，输出电压调节单元的第二端还用于连接后级负载电路，输出电压调节单元的第三端连接于第一驱动电源；参考电压转换电路用于基于电压输出需求指令，输出对应的参考电压。参考电压转换电路可以根据电压输出需求指令来产生不同的参考电压，从而得到期望的不同的输出电压，实现动态调节输出电压的目的。现动态调节输出电压的目的。现动态调节输出电压的目的。


技术研发人员：索超
受保护的技术使用者：此芯科技（上海）有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/9