一种双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统的制作方法

1.本发明涉功率管为nmos的双倍数据速率线性稳压器(ddrnmosldo)，尤其涉及一种双倍数据速率性稳压器的静态电流控制系统。


背景技术：

2.近年来，随着存储芯片的崛起，越来越多的双倍数据速率(ddr)线性稳压器(ldo)得到了广泛应用，如ddr1、ddr2、ddr3、ddr3l等ldo，它们除了输出电压的不同，对应的输出电流也各不相同。ddrldo与传统ldo不同，首先是输出电压低，以ddr1为例，输出电压为1.25v，其它的ddrldo就更小了，因为是给数字存储芯片供电，加上工艺的特征尺寸越来越小，供电电压也越来越低，电压太高容易烧毁芯片；其次和传统的ldo不同的是，ddrldo除了可以提供电流(source电流)，还能吸收电流(sink电流)，存储芯片不停的收发数据，ddrldo不停的sink、source电流，极大的提高了数据的传输速率。
3.ddrnmosldo是功率管为nmos的ddrldo，其上下两个功率管为nmos管，为了保证数据的传输速率，这两个功率管在空载时都是导通的，这样空载的时候上管的漏极到下管源极之间有一条常通的通路，如果不加以控制的话，到地的空载功耗会非常大，因此如何控制这个电流大小，兼顾响应速度和静态电流是我们需要解决的问题。


技术实现要素：

4.为解决ddrnmosldo中空载时静态电流和响应速度之间折中问题，本发明提供一种功率管为nmos的双倍数据速率性稳压器(ddrnmosldo)的静态电流控制系统，能够保证瞬态响应速度的同时，空载静态电流也得到了很好的控制，满足ddrldo高速、高精度、低功耗的应用要求。
5.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，其特征在于：包括基准产生电路和空载功耗控制电路；
6.基准产生电路包括pmos管mp1、pmos管mp2、nmos管mn1以及电流源i1和i2；pmos管mp1的源极和衬底以及pmos管mp2的源极和衬底均连接vdd，pmos管mp1的栅极与pmos管mp2的栅极互连并连接pmos管mp1的漏极以及电流源i1和i2的输入端，pmos管mp2的漏极连接nmos管mn1的漏极和栅极并产生基准电压vref，nmos管mn1的源极和衬底以及电流源i1和i2的输出端均接地vss；
7.空载功耗控制电路包括依次连接的反馈控制电路、误差放大电路和功率输出电路：
8.反馈控制电路包括pmos管mp3～mp8以及nmos管mn2和mn3，pmos管mp3的栅极和pmos管mp6的栅极均分别连接偏置电压vbias，pmos管mp3的源极和衬底以及pmos管mp6的栅极均分别连接vdd，pmos管mp3的漏极连接pmos管mp4的源极和pmos管mp5的源极，pmos管mp4的衬底和pmos管mp5的源极衬底均连接vdd，pmos管mp6的漏极连接pmos管mp7的源极和pmos管mp8的源极，pmos管mp7的衬底和pmos管mp8的衬底均连接vdd，pmos管mp7的栅极与pmos管
mp5的栅极互连并连接基准产生电路输出的基准电压vref，pmos管mp7的漏极连接pmos管mp5的漏极以及nmos管mn2的漏极和栅极，pmos管mp8的漏极连接pmos管mp4的漏极以及nmos管mn3的漏极和栅极，nmos管mn2的源极和衬底以及nmos管mn3的源极和衬底均接地vss；
9.误差放大电路包括pmos管mp9～mp13以及nmos管mn4～mn9，pmos管mp9的源极和衬底、pmos管mp12的源极和衬底以及pmos管mp13的源极和衬底均连接vdd，pmos管mp9的栅极、pmos管mp12的栅极以及pmos管mp13的栅极均分别连接偏置电压vbias，pmos管mp9的漏极连接pmos管mp10的源极和pmos管mp11的源极，pmos管mp10的衬底和pmos管mp11的衬底均连接vdd，pmos管mp10的栅极连接vdd/2，pmos管mp10的漏极连接nmos管mn4的漏极、nmos管mn5的漏极和栅极以及nmos管mn8的栅极，nmos管mn4的栅极连接nmos管mn6的栅极和反馈控制电路中nmos管mn3的漏极和栅极，pmos管mp11的漏极连接nmos管mn6的漏极、nmos管mn7的漏极和栅极以及nmos管mn9的栅极，nmos管mn4的源极和衬底、nmos管mn5的源极和衬底、nmos管mn6的源极和衬底、nmos管mn7的源极和衬底、nmos管mn8的源极和衬底以及nmos管mn9的源极和衬底均接地vss；
10.功率输出电路包括上功率nmos管mn10和下功率nmos管mn11以及电阻r1和r2，nmos管mn10的漏极连接供电电源vin，nmos管mn10的源极和衬底连接nmos管mn11的漏极和电阻r1的一端以及误差放大电路中pmos管mp11的栅极，该连接端也是功率输出电路的输出端vout，nmos管mn10的栅极连接电阻r1的另一端以及反馈控制电路中pmos管mp4的栅极和误差放大中pmos管mp12的漏极，nmos管mn11的栅极连接电阻r2的一端以及反馈控制电路中pmos管mp8的栅极和误差放大中pmos管mp13的漏极，nmos管mn10的源极和衬底连接电阻r2的另一端并接地vss。
11.所述基准产生电路中，i1、i2为流过mp1的电流源，通过分别镜像正、负温度系数的基准电流，得到i1为正温度系数电流源、i2为负温度系数电流源，调节镜像比例使得i1和i2叠加后流过pmos管mp1的电流为零温度系数，pmos管mp2镜像pmos管mp1的电流，流过nmos管mn1的电流也是零温度系数电流，产生的基准电压vref＝vthn+vov，其中vov为nmos管mn1的过驱动电压，vthn为nmos管mn1的阈值电压；改变nmos管mn1的电流大小和管子尺寸，从而改变基准电压vref的大小，当功率输出电流的输出电压vout空载时，上下两个功率nmos管mn10及mn11导通电流得到有效的控制，实现控制系统的空载功耗，同时兼具负载切换时提高瞬态响应速度。
12.所述反馈控制电路中，pmos管mp3及pmos管mp6为电流源负载，pmos管mp4与pmos管mp5以及pmos管mp7与pmos管mp8为差分对管。
13.所述误差放大电路中，pmos管mp9、pmos管mp12及pmos管mp13为电流源负载，mp9与mp10为差分对管。
14.本发明具有如下优点及有益效果：在ddrnmosldo的应用中，通过本发明的的空载功耗控制电路，可以灵活调整vref的值，从而灵活调节系统空载功耗，兼顾低功耗和负载切换时快速瞬态响应的应用特点。
附图说明
15.图1为基准产生电路；
16.图2为静态(空载)功耗控制电路。
具体实施方式
17.如图1，基准产生电路包括mp1、mp2、mn1以及电流源i1和i2，i1、i2为流过mp1的电流源，设置i1为正温度系数电流源，i2为负温度系数电流源，可通过镜像电流基准部分的电流得到，调节镜像比例使得i1和i2叠加后流过pmos管mp1的电流近似为零温度系数，pmos管mp2镜像pmos管mp1的电流，流过nmos管mn1的电流也是零温度系数电流，产生的基准电压vref＝vthn+vov，其中vov为nmos的过驱动电压，vthn为nmos的阈值电压；通过调节nmos管mn1的电流大小和管子尺寸，改变基准电压vref的大小，当功率输出电流的输出电压vout空载时，上下两个功率管mn10及mn11导通电流得到有效的控制，从而实现控制系统的空载功耗，同时兼具负载切换时提高瞬态响应速度。
18.如图2，空载功耗控制电路包括依次连接的反馈控制电路、误差放大电路和功率输出电路。反馈控制电路包括mp3～mp8以及mn2和mn3，mp3、mp6为偏置电流管，mp4、mp5、mp7、mp8为差分对管，mn2、mn3为电流镜负载。误差放大电路包括mp9～mp13以及mn4～mn9。mp9、mp12、mp13为偏置电流管，mp10、mp11为差分对管，mn5、mn7为电流镜负载，mn4、mn6、mn8、mn9为电流源负载。功率输出电路包括上功率管mn10和下功率管mn11以及电阻r1和r2。
19.图2空载功耗控制电路的工作过程：反馈控制电路接收误差放大电路mp12和mp13漏极输出的控制信号gate_top和gate_bot，通过与vref比较后，输出信号控制误差放大电路电流源负载mn4、mn6的栅极，从而改变流过其电流，而mn4、mn6分别与mn5、mn7并联，从而达到改变流过mn5、mn7电流的目的。误差放大第一级差分对为mp10、mp11构成，增益等于差分对mp10/mp11的跨导gmp除以电流镜负载的跨导gmn(mn5/mn7)，而gmn(mn5、mn7)又正比于流过的电流，因此mn5、mn7电流变化误差放大电路第一级mp10、mp11增益发生了变化，mn8和mp12，mn9和mp13组成了共源级放大，误差放大电路输出的gate_top和gate_bot也发生了变化，控制功率输出电路中上下功率管mn10、mn11的栅极，最终ldo的输出电压vout稳定在vdd/2，空载时gate_top稳定在比vout大一个栅源电压vgs左右，gate_bot稳定在比vss大一个vgs左右，大于vgs的幅度可以通过vref调节，vref越大，幅度越大，从而空载功耗越大，轻重载切换时瞬态响应速度提高；vref越小，从而空载功耗越小，轻重载切换时瞬态响应速度降低，因此需要在功耗和速度之间折中；从前面的公式知道vref＝vthn+vov(mn1)，其中vthn为mn1的阈值电压，同工艺下mn1、mn10、mn11都为nmos管，工艺、温度等相同情况下所有的nmos管阈值电压是一样的，从而抵消了阈值电压的影响，空载功耗只受限于mn10、mn11过驱动电压，在mn10、mn11管子宽长比确定的情况下，空载时流过它们的电流和mn1的过驱动电压vov相关，在mn1的宽长比确定的情况下，mn1的过驱动电压取决于流过mn1的电流，因此当mn1电流为零温度系数的时候，系统的空载功耗也近似为零温度系数。

技术特征：
1.一种双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，其特征在于：包括基准产生电路和空载功耗控制电路；基准产生电路包括pmos管mp1、pmos管mp2、nmos管mn1以及电流源i1和i2；pmos管mp1的源极和衬底以及pmos管mp2的源极和衬底均连接vdd，pmos管mp1的栅极与pmos管mp2的栅极互连并连接pmos管mp1的漏极以及电流源i1和i2的输入端，pmos管mp2的漏极连接nmos管mn1的漏极和栅极并产生基准电压vref，nmos管mn1的源极和衬底以及电流源i1和i2的输出端均接地vss；空载功耗控制电路包括依次连接的反馈控制电路、误差放大电路和功率输出电路：反馈控制电路包括pmos管mp3～mp8以及nmos管mn2和mn3，pmos管mp3的栅极和pmos管mp6的栅极均分别连接偏置电压vbias，pmos管mp3的源极和衬底以及pmos管mp6的栅极均分别连接vdd，pmos管mp3的漏极连接pmos管mp4的源极和pmos管mp5的源极，pmos管mp4的衬底和pmos管mp5的源极衬底均连接vdd，pmos管mp6的漏极连接pmos管mp7的源极和pmos管mp8的源极，pmos管mp7的衬底和pmos管mp8的衬底均连接vdd，pmos管mp7的栅极与pmos管mp5的栅极互连并连接基准产生电路输出的基准电压vref，pmos管mp7的漏极连接pmos管mp5的漏极以及nmos管mn2的漏极和栅极，pmos管mp8的漏极连接pmos管mp4的漏极以及nmos管mn3的漏极和栅极，nmos管mn2的源极和衬底以及nmos管mn3的源极和衬底均接地vss；误差放大电路包括pmos管mp9～mp13以及nmos管mn4～mn9，pmos管mp9的源极和衬底、pmos管mp12的源极和衬底以及pmos管mp13的源极和衬底均连接vdd，pmos管mp9的栅极、pmos管mp12的栅极以及pmos管mp13的栅极均分别连接偏置电压vbias，pmos管mp9的漏极连接pmos管mp10的源极和pmos管mp11的源极，pmos管mp10的衬底和pmos管mp11的衬底均连接vdd，pmos管mp10的栅极连接vdd/2，pmos管mp10的漏极连接nmos管mn4的漏极、nmos管mn5的漏极和栅极以及nmos管mn8的栅极，nmos管mn4的栅极连接nmos管mn6的栅极和反馈控制电路中nmos管mn3的漏极和栅极，pmos管mp11的漏极连接nmos管mn6的漏极、nmos管mn7的漏极和栅极以及nmos管mn9的栅极，nmos管mn4的源极和衬底、nmos管mn5的源极和衬底、nmos管mn6的源极和衬底、nmos管mn7的源极和衬底、nmos管mn8的源极和衬底以及nmos管mn9的源极和衬底均接地vss；功率输出电路包括上功率nmos管mn10和下功率nmos管mn11以及电阻r1和r2，nmos管mn10的漏极连接供电电源vin，nmos管mn10的源极和衬底连接nmos管mn11的漏极和电阻r1的一端以及误差放大电路中pmos管mp11的栅极，该连接端也是功率输出电路的输出端vout，nmos管mn10的栅极连接电阻r1的另一端以及反馈控制电路中pmos管mp4的栅极和误差放大中pmos管mp12的漏极，nmos管mn11的栅极连接电阻r2的一端以及反馈控制电路中pmos管mp8的栅极和误差放大中pmos管mp13的漏极，nmos管mn10的源极和衬底连接电阻r2的另一端并接地vss。2.根据路由器1所述的双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，其特征在于：所述基准产生电路中，i1、i2为流过mp1的电流源，通过分别镜像正、负温度系数的基准电流，得到i1为正温度系数电流源、i2为负温度系数电流源，调节镜像比例使得i1和i2叠加后流过pmos管mp1的电流为零温度系数，pmos管mp2镜像pmos管mp1的电流，流过nmos管mn1的电流也是零温度系数电流，产生的基准电压vref＝vthn+vov，其中vov为nmos管mn1的过驱动电压，vthn为nmos管mn1的阈值电压；改变nmos管mn1的电流大小和管子尺寸，从而改变基准
电压vref的大小，当功率输出电流的输出电压vout空载时，上下两个功率nmos管mn10及mn11导通电流得到有效的控制，实现控制系统的空载功耗，同时兼具负载切换时提高瞬态响应速度。3.根据路由器1所述的双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，其特征在于：所述反馈控制电路中，pmos管mp3及pmos管mp6为电流源负载，pmos管mp4与pmos管mp5以及pmos管mp7与pmos管mp8为差分对管。4.根据路由器1所述的双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，其特征在于：所述误差放大电路中，pmos管mp9、pmos管mp12及pmos管mp13为电流源负载，mp9与mp10为差分对管。

技术总结
本发明公开了一种一种双倍数据速率线性稳压器的静态电流控制系统，包括基准产生电路以及由反馈控制电路、误差放大电路和功率输出电路构成的空载功耗控制电路，基准产生电路产生的基准电压VREF输出给反馈控制电路，反馈控制电路将接收误差放大电路输出的控制信号与VREF比较后，输出给误差放大电路使误差放大电路输出的控制信号也发生了变化，该控制信号进而控制功率输出电路中上下功率管，通过调节基准产生电路产生的VREF，从而灵活调节系统空载功耗，同时兼顾低功耗和负载切换时的快速瞬态响应。响应。响应。


技术研发人员：涂再林 李梦玉 张洪俞
受保护的技术使用者：南京微盟电子有限公司
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/7/31