CN100373281C - 低噪声快速稳定的稳压电路 - Google Patents

Abstract

一种低噪声稳压电路，可快速输出低噪声的稳定电压。该低噪声稳压电路包含有一基准电压发生器，用来输出一基准电压；一两状态切换电路，电连接到该基准电压发生器；一稳压电路，电连接到该两状态切换电路。该两状态切换电路具有一第一状态与一第二状态，其处于该第一状态时该基准电压未经滤波直接耦合到该稳压电路的电压比较器；处于该第二状态时该基准电压经过一RC低通滤波器再送到该电压比较器，利用一开关控制信号切换该两状态切换电路在该第一状态及该第二状态；经过滤波后的基准电压用来产生该稳压电路的低噪声输出电压。

Description

低噪声快速稳定的稳压电路

技术领域

本发明提供一种低噪声稳压电路，特别是指一种利用一具有两种状态的切换电路，以加速电压稳定并抑制噪声的低噪声稳压电路。

先前技术

在目前市面上的各种电子产品中，常常会使用到稳压电路来执行电压调节的工作，为了抑制基准电压中的噪声，通常会在稳压电路中的电压比较器前方加上一RC低通滤波器，以抑制噪声，使得稳压电路能产生低噪声的输出电压。

但RC低通滤波器除了具有抑制噪声的功能外，同时也会对处理的信号产生一RC时间延迟，这加入的时间延迟会导致该稳压电路花费更久的时间才能将电压调节至稳定。

请参阅图1，图1为公知的低噪声稳压电路的示意图。在图1中显示了一个典型的低噪声稳压电路100，其包含有一基准电压发生器110，电连接到一第一节点150，其可产生一基准电压V_r，并将基准电压V_r自第一节点150输出；一RC低通滤波器120，电连接到第一节点150与一第二节点160，在第一节点150接收基准电压V_r，抑制其噪声，在第二节点160输出处理过的一低噪声电压V_in；一稳压电路130，电连接到第二节点160与一第三节点170，在第二节点160接收低噪声电压V_in，并将一低噪声稳定输出电压V_reg自第三节点170输出。

若基准电压发生器110在一时间点t0开始输出基准电压V_r，由于RC低通滤波器120所导致的时间延迟效应，低噪声电压V_in必须经过一段时间Δt才能充电到基准电压V_r在时间点T0的值，其中Δt>0。因此即使基准电压V_r在时间点t0已经稳定，但是仍必须等到时间点t0+Δt时才会产生低噪声电压V_in，稳压电路130才会输出稳定的低噪声稳定输出电压V_reg，这个Δt的时间延迟即造成整体电路速度的下降。

稳压电路的输出电压延迟使得其他使用该输出电压的耗电电路无法进行及时的开关切换而造成电池的寿命减短。因此该RC低通滤波器对信号造成的时间延迟效应是公知技术的一主要缺点。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供一种具有两种切换状态的低噪声稳压电路，用来解决上述公知技术中时间延迟的问题。

根据本发明公开一种低噪声稳压电路，可以快速输出低噪声的稳定电压，该低噪声稳压电路包含有：一基准电压发生器，电连接到一第一节点，用来产生一第一电压信号，并将该第一电压信号自该第一节点输出；一两状态切换电路，电连接到该第一节点、一第二节点及一开关控制信号，用来自该第一节点接收该第一电压信号，处理该第一电压信号成为一第二电压信号，并将该第二电压信号自该第二节点输出，其中该两状态切换电路可利用该开关控制信号切换在一第一状态及一第二状态之间，当处于该第一状态时，该两状态稳压电路是等效于一电压跟随器，该第一电压信号未经滤波耦合到该第二电压信号、当处于该第二状态时，该两状态切换电路等效于一RC低通滤波器，将该第一电压信号进行抑制噪声处理后，成为第二电压信号；以及一稳压电路，电连接到该第二节点及一第三节点，用来在该第二节点接收该第二电压信号，经负反馈作用在该第二电压信号后自该第三节点输出一第三电压信号。

与公知技术相比较，本发明的低噪声稳压电路中的两状态切换电路具有两种不同的状态，该两状态切换电路在第一状态时等效于电压跟随器，将基准电压未经滤波耦合到下一级的电压比较器；在第二状态时等效于一低通滤波器，进行抑制噪声的功能。利用此两种状态的切换，本发明可实现加快输出电压的稳定速度，同时实现抑制噪声的要求。

附图说明

图1为公知的低噪声稳压电路的示意图。

图2为本发明的低噪声稳压电路的示意图。

图3为图2中的两状态切换电路的一实施方式示意图。

图4为图3中开关电路实施方式的示意图。

图5为图4电路的一实施方式示意图。

图6为配合图5电路的反馈电路示意图。

图7为图4电路的另一实施方式示意图。

图8为配合图7电路的反馈电路示意图。

图9为图2中的两状态切换电路的另一实施方式示意图。

图10为图9电路的一实施方式示意图。

图11为配合图10电路的反馈电路示意图。

图12为图9电路的另一实施方式示意图。

图13为配合图12电路的反馈电路示意图。

附图符号说明

100、200低噪声稳压电路

110、210基准电压发生器

120 RC低通滤波器

130、230稳压电路

150、250第一节点

160、260第二节点

170、270第三节点

220两状态切换电路     280开关控制信号

321开关电路           390第四节点

422第一开关           423第二开关

522、723、926 PMOS晶体管

523、722、924 NMOS晶体管

681、881、925、927反相器链路

922开关

具体实施方式

请参阅图2，图2为本发明的低噪声稳压电路的示意图。在图2中显示了本发明的一低噪声稳压电路200，其包含有一基准电压发生器210，电连接到一第一节点250，用来产生一第一电压信号，并将该第一电压信号自第一节点输出250；一两状态切换电路220，电连接到第一节点250、一第二节点260及一开关控制信号280，用来自第一节点250接收该第一电压信号，处理该第一电压信号成为一第二电压信号，并将该第二电压信号自第二节点260输出，其中两状态切换电路220可利用开关控制信号280切换在一第一状态及一第二状态之间，当处于该第一状态时，两状态切换电路220等效于一电压跟随器，将第一电压信号未经滤波耦合到第二电压信号、当处于该第二状态时，两状态切换电路220等效于一RC低通滤波器，将该第一电压信号进行抑制噪声处理后，成为第二电压信号；以及一稳压电路230，电连接到第二节点260及一第三节点270，用来接收该第二电压信号，调节该第二电压信号，并自第三节点270输出一第三电压信号。

接下来将详细描述本发明的低噪声稳压电路200的工作原理。当基准电压发生器210刚开始输出电压信号的初期，两状态切换电路220处于该第一状态，此时第一电压信号因未经RC滤波器的时间延迟耦合到第二电压信号，所以稳压电路230的基准电压输入未经时间延迟，因而能快速输出稳定的电压，即第三电压信号，因此整个电路可以很快调节至稳定；当整个电路已经调节至稳定后，两状态切换电路220再切换至该第二状态，由于RC低通滤波器所造成的时间延迟已不会对稳压电路230的基准电压造成影响，稳压电路230输出电压可维持稳定输出，同时可对基准电压进行抑制噪声的动作而达到低噪声电压输出的目的。

请参阅图3，图3为图2中的两状态切换电路的一实施方式示意图。在图3中显示了图2的状态切换电路220的一种实施方式，其包含有一电阻R，第一端电连接至第一节点250，第二端电连接到第二节点260；一电容C，第一端电连接到一第四节点390，第二端接地；以及一开关电路321，电连接到第一节点250、第二节点260、第四节点390及开关控制信号280，可利用开关控制信号280切换两状态切换电路220在该第一状态及该第二状态之间，当两状态切换电路220处于该第一状态时，保持第一节点250与第四节点390相互导通，此时第一节点250上的该第一电压信号可未经滤波耦合至第二节点260，因此两状态切换电路220等效于一电压跟随器；当两状态切换电路220处于该第二状态时，保持第二节点260与第四节点390相互导通，此时两状态切换电路220即等效为一RC低通滤波器。

参阅图4，图4为图3中开关电路实施方式的示意图。其中图3的开关电路在图4中以一第一开关422及一第二开关423来实现。第一开关422电连接到第一节点250与第四节点390之间，利用开关控制信号280控制其断开闭合，当两状态切换电路220处于该第一状态时，开关控制信号280保持第一开关422处于闭合状态，使第一节点250与第四节点390相互导通、当两状态切换电路220处于该第二状态时，开关控制信号280保持第一开关422处于断开状态。第二开关423电连接到第二节点260与第四节点390之间，利用开关控制信号280控制其断开闭合，当两状态切换电路220处于该第一状态时，开关控制信号280保持第二开关423处于断开状态、当两状态切换电路220处于该第二状态时，开关控制信号280保持第二开关423处于闭合状态，使第二节点260与第四节点390相互导通。因此图4的电路可以满足图3的两状态切换电路220处于两种不同状态时的要求。

请参阅图5，图5为图4电路的一实施方式示意图。在图5中我们以一PMOS晶体管522实现图4中的第一开关422，其栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第一节点250，第二端电连接到第四节点390；以一NMOS晶体管523实现图4中的第二开关423，其栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第二节点260，第二端电连接到第四节点390。为了满足两状态切换电路220在两种不同状态下所需功能的要求，在两状态切换电路220处于第一状态时，该PMOS晶体管522的第一端与第二端间必须相互导通、且该NMOS晶体管523的第一端与第二端间不能导通，因此输入该PMOS晶体管522栅极与该NMOS晶体管523栅极的开关控制信号280需处于低电压；在两状态切换电路220处于该第二状态时PMOS晶体管522的第一端与第二端间不能导通、且NMOS晶体管523的第一端与第二端间必须相互导通，因此开关控制信号280需处于高电位，如此的开关控制信号280除了可自芯片的数字控制计时器取得，或在芯片上实现一时间延迟的控制信号，亦可以图6所示，以反馈方式取得。

请参阅图6，图6为配合图5电路的反馈电路示意图。在图6中一反相器链路681的输入端电连接到图2中稳压电路230的第三节点270，输出端电连接到开关控制信号280，用来依据第三节点270的第三电压信号，反馈图5所需的开关控制信号280。在稳压电路230的输出电压尚未调节至稳定前，该第三电压信号是处于低电位，为了加快电压的调节，两状态切换电路220需处于该第一状态；在该电路电压调节至稳定后，该第三电压信号是处于高电位，两状态切换电路220需处于该第二状态，以使整个电路同时可抑制噪声并调节电压。因此反相器链路681需包含有偶数个反相器，以使开关控制信号280可正确地切换两状态切换电路220在不同状态。

请参阅图7，图7为图4电路的一实施方式示意图。如图7所示，我们将图5中PMOS晶体管522以图7中一NMOS晶体管722取代，其栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第一节点250，第二端电连接到第四节点390；图5中NMOS晶体管523以图7中一PMOS晶体管723取代，其栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第二节点260，第二端电连接到第四节点390。此时为了满足两状态切换电路220在两种不同状态下所需功能的要求，在其处于该第一状态时，开关控制信号280需处于高电位、在其处于该第二状态时，开关控制信号280需处于低电位。此时该开关控制信号280除了可自芯片的数字控制计时器取得，或在芯片上实现一时间延迟的控制信号，亦可如图8所示，用类似图6所示的方式，以反馈方式取得。

请参阅图8，图8为配合图7电路的反馈电路示意图。在图8中一反相器链路881的输入端电连接到图2中稳压电路230的第三节点270，输出端电连接到开关控制信号280，用来依据第三节点270的第三电压信号，反馈图7所需的开关控制信号280。可基准对于图6的叙述，不同于图6之处在于：图8中反相器链路881是包含有奇数个反相器，以使该开关控制信号280可正确地切换两状态切换电路220在不同状态。

除了图3之外，图2中的两状态切换电路的亦可以有其他的实施方式。请参阅图9，图9为图2中的两状态切换电路的一实施方式示意图。图9中两状态切换电路220包含有一电阻R，第一端电连接到第一节点250，第二端电连接到第二节点260；一电容C，第一端电连接到第二节点260，第二端接地；一开关922，电连接到第一节点250与第二节点260之间，可利用该开关控制信号280切换开关922的状态，以切换两状态切换电路220在该第一状态及该第二状态之间，当两状态切换电路220处于该第一状态时，开关控制信号280保持开关922处于闭合状态，使第一节点250与第二节点260相互导通，此时第二节点260上的该第二电压信号是等于第一节点250上的该第一电压信号，因此两状态切换电路220是等效于一电压跟随器；当两状态切换电路220处于该第二状态时，开关控制信号280保持开关922处于断开状态，此时两状态切换电路220即成为一RC低通滤波器。由上述可知，图9的两状态切换电路220可满足我们对于两种状态下不同功能的要求。

请参阅图10，图10为图9电路的一实施方式示意图。在图10中我们使用一NMOS晶体管924来实现图9中的开关922，其栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第一节点250，第二端电连接到第二节点260。为了满足两状态切换电路220在两种不同状态下所需功能的要求，在两状态切换电路220处于第一状态时，NMOS晶体管924的第一端与第二端间必须相互导通，因此输入NMOS晶体管924栅极的开关控制信号280需处于高电位；在两状态切换电路220处于该第二状态时，NMOS晶体管924的第一端与第二端间不能导通，因此开关控制信号280需处于低电位，如此的开关控制信号280除了可自芯片的数字控制计时器取得，或在芯片上实现一时间延迟的控制信号，亦可以图11所示，以反馈方式取得。

请参阅图11，图11为配合图10电路的反馈电路示意图。在图11中一反相器链路925的输入端电连接到图2中稳压电路230的第三节点270，输出端电连接到开关控制信号280，用来依据第三节点270的第三电压信号，反馈图10所需的开关控制信号280。基准对于图6及图8中反馈电路的叙述，我们可以知道在图11中反相器链路925是包含有奇数个反相器，以使该开关控制信号280可正确地切换两状态切换电路220在不同状态。

请参阅图12，图12为图9电路的一实施方式示意图。类似图10的方法，图12所示是使用一PMOS晶体管926来实现图9中的开关922。PMOS晶体管926的栅极电连接到开关控制信号280，第一端电连接到第一节点250，第二端电连接到第二节点260。为了满足两状态切换电路220在两种不同状态下所需功能的要求，在两状态切换电路220处于该第一状态时，PMOS晶体管926的第一端与第二端间必须相互导通，因此输入PMOS晶体管926栅极的开关控制信号280需处于低电压；在两状态切换电路220处于该第二状态时，PMOS晶体管926的第一端与第二端间不能导通，因此开关控制信号280需处于低电位，如此的开关控制信号280除了可自芯片的数字控制计时器取得，或在芯片上实现一时间延迟的控制信号，亦可以图13所示，以反馈方式取得。

请参阅图13，图13为配合图12电路的反馈电路示意图。在图13中一反相器链路927的输入端电连接到图2中稳压电路230的第三节点270，输出端电连接到开关控制信号280，用来依据第三节点270的第三电压信号，反馈图12所需的开关控制信号280。可基准对于图6、图8及图11的叙述，在图13中反相器链路927是包含有偶数个反相器，以使该开关控制信号280可正确地切换两状态切换电路220在不同状态。

与公知技术相比较，本发明的低噪声稳压电路中的两状态切换电路具有两种不同的状态，该两状态切换电路除了可以在第二状态时等效于一RC低通滤波器，进行抑制噪声的功能；亦可以切换成一等效于电压跟随器的第一状态，以加速电压信号的传递。利用此两种状态的切换，本发明可实现加速电压稳定并抑制噪声的低噪声稳压电路。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所进行的等效变化与修改，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种低噪声稳压电路，可以快速输出低噪声的稳定电压，该低噪声稳压电路包含有：

一基准电压发生器，电连接到一第一节点，用来产生一第一电压信号，并将该第一电压信号自该第一节点输出；

一两状态切换电路，电连接到该第一节点、一第二节点及一开关控制信号，用来自该第一节点接收该第一电压信号，处理该第一电压信号成为一第二电压信号，并将该第二电压信号自该第二节点输出，其中该两状态切换电路可利用该开关控制信号切换在一第一状态及一第二状态之间，当处于该第一状态时，该两状态切换电路是等效于一电压跟随器，该第一电压信号未经滤波耦合到该第二电压信号、当处于该第二状态时，该两状态切换电路是等效于一RC低通滤波器，将该第一电压信号进行抑制噪声处理后，成为第二电压信号；以及

一稳压电路，电连接到该第二节点及一第三节点，用来在该第二节点接收该第二电压信号，经负反馈作用于该第二电压信号后自该第三节点输出一第三电压信号。

2.如权利要求1所述的低噪声稳压电路，其中该两状态切换电路包含有：

一电阻，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第二节点；

一电容，第一端电连接到一第四节点，第二端接地；以及

一开关电路，电连接到该第一节点、该第二节点、该第四节点及该开关控制信号，可利用该开关控制信号切换该两状态切换电路在该第一状态及该第二状态之间，当该两状态切换电路处于该第一状态时，保持该第一节点与该第四节点相互导通、当该两状态切换电路处于该第二状态时，保持该第二节点与该第四节点相互导通。

3.如权利要求2所述的低噪声稳压电路，其中该开关电路包含有：

一第一开关，电连接到该第一节点与该第四节点之间，利用该开关控制信号控制该第一开关的断开闭合，当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号保持该第一开关处于闭合状态，使该第一节点与该第四节点相互导通、当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号保持该第一开关处于断开状态；以及

一第二开关，电连接到该第二节点与该第四节点之间，利用该开关控制信号控制该第二开关的断开闭合，当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号保持该第二开关处于断开状态、当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号保持该第二开关处于闭合状态，使该第二节点与该第四节点相互导通。

4.如权利要求3所述的低噪声稳压电路，其中：

该第一开关为一PMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第四节点；

该第二开关为一NMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第二节点，第二端电连接到该第四节点；

其中当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号位于低电位、当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号位于高电位。

5.如权利要求4所述的低噪声稳压电路，其另包含有一反相器链路，该反相器链路包含偶数个串联的反相器，该反相器链路的输入端电连接到该第三节点，输出端输出该开关控制信号，是电连接到该PMOS晶体管的栅极及该NMOS晶体管的栅极，用来将该第三电压信号处理并反馈成为该开关控制信号。

6.如权利要求3所述的低噪声稳压电路，其中：

该第一开关为一NMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第四节点；

该第二开关为一PMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第二节点，第二端电连接到该第四节点；

其中当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号位于高电位，当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号位于低电位。

7.如权利要求6所述的低噪声稳压电路，其另包含有一反相器链路，该反相器链路包含奇数个串联的反相器，该反相器链路的输入端电连接到该第三节点，输出端输出该开关控制信号，是电连接到该NMOS晶体管的栅极及该PMOS晶体管的栅极，用来将该第三电压信号处理并反馈成为该开关控制信号。

8.如权利要求1所述的低噪声稳压电路，其中该两状态切换电路包含有：

一电阻，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第二节点；

一电容，第一端电连接到一第二节点，第二端接地；

一开关，电连接到该第一节点与该第二节点之间，可利用该开关控制信号切换该开关的状态，以切换该两状态切换电路在该第一状态及该第二状态之间，当该两状态切换电路处在该第一状态时，该开关控制信号保持该开关处于闭合状态，使该第一节点与该第二节点相互导通、当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号保持该开关处于断开状态。

9.如权利要求8所述的低噪声稳压电路，其中该开关为一NMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第二节点，当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号位于高电位，当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号位于低电位。

10.如权利要求9所述的低噪声稳压电路，其中另包含有一反相器链路，该反相器链路包含奇数个串联的反相器，该反相器链路的输入端电连接到该第三节点，输出端输出该开关控制信号，是电连接到该NMOS晶体管的栅极，用来将该第三电压信号处理并反馈成为该开关控制信号。

11.如权利要求8所述的低噪声稳压电路，其中该开关为一PMOS晶体管，其栅极电连接到该开关控制信号，第一端电连接到该第一节点，第二端电连接到该第二节点，当该两状态切换电路处于该第一状态时，该开关控制信号位于低电位，当该两状态切换电路处于该第二状态时，该开关控制信号位于高电位。

12.如权利要求11所述的低噪声稳压电路，其另包含有一反相器链路，该反相器链路包含偶数个串联的反相器，该反相器链路的输入端电连接到该第三节点，输出端输出该开关控制信号，是电连接到该PMOS晶体管的栅极，用来将该第三电压信号处理并反馈成为该开关控制信号。

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