CN104049667A - 一种高带宽高psrr低压降线性稳压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高带宽高PSRR低压降线性稳压器,该线性稳压器包括电压输入端Vin、参考电压端Vref、误差放大器EA和功率管MP,其中,该线性稳压器还包括有前馈电路和加法器电路,所述前馈电路通过加法器电路接于电压输入端Vin与功率管MP的栅极G之间,并且所述功率管MP为PMOS功率管MP,在误差放大器EA的正相端接有反馈电阻,在反馈电阻上并联有零点产生电容CZ。本发明使得PMOS功率管Mp的栅极G与源极S电压保持不变,从而提高PSRR性能,调整零点产生电容CZ产生的零点可以消除掉系统中的第二极点,增强系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及便携式通信系统中电源管理芯片的一个模块,具体的涉及一种高带宽高PSRR低压降线性稳压器。
背景技术
低压降线性稳压器(LDO)是便携式通信系统中电源管理芯片的一个关键模块,通常其电压来源于开关DC-DC转换器,其消除开关DC-DC转换器的输出纹波,并提供一个稳定电压,但是随着技术的进步,开关DC-DC转换器噪声频谱越来越大,需要高带宽高PSRR的LDO。
高电源抑制比(PSRR)的LDO设计一直是电源管理研究热点,为了提高PSRR,研究者提供了很多解决方案,首先,可以给LDO电源上提供一个RC滤波器,对LDO本身电源进行滤波,从而提高PSRR,因此该方法增加了一个电阻,从而会提高LDO的漏失电压。其次,可以采用NMOS(N型金属-氧化物-半导体)功率管架构,不过为了使NMOS功率管导通,一般需要采用电荷泵(charge pump)电路,从而增加了系统架构复杂性。基于上述方法的缺陷,本专利采用电源前馈技术,提出了一种高带宽高PSRR的LDO。
本发明中的中英名词互译:
LDO:低压降线性稳压器,PSRR:电源抑制比,NMOS:N型金属-氧化物-半导体,PMOS:n型衬底、p沟道,靠空穴的流动运送电流的MOS管,charge pump:电荷泵电路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题,提供一种高带宽高PSRR低压降线性稳压器。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种高带宽高PSRR低压降线性稳压器,主要包括电压输入端Vin、参考电压端Vref、误差放大器EA和功率管MP,该线性稳压器还包括有前馈电路和加法器电路,所述前馈电路通过加法器电路接于电压输入端Vin与功率管MP的栅极G之间。
进一步的,所述前馈电路包括运算放大器FA、电阻RF1、电阻RF2,所述运算放大器FA的正相端(+)连接所述电压输出端Vout,所述运算放大器FA的反相端(-)通过电阻RF1连接所述电压输入端Vin,并且其反相端(-)与输出端之间连接有电阻RF2,所述电压输入端Vin连接功率管MP的源极S。
进一步的,所述加法器2包括线性功率放大器SA、电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3,所述线性功率放大器SA的反相端(-)通过电阻RS1连接所述运算放大器FA的输出端,所述线性功率放大器SA的输出端连接所述功率管MP的栅极G。
进一步的,所述误差放大器EA的输出端连接所述线性功率放大器SA的正相端(+),所述误差放大器EA的反相端(-)连接所述参考电压端Vref,所述误差放大器EA的正相端(+)分别连接电阻R1和电阻R2,电阻R1的另一端连接电压输出端Vout,所述电压输出端Vout连接所述功率管MP的漏极D,电阻R2的另一端接地。
进一步的,所述电阻R1、电阻R2组成反馈电阻,在所述反馈电阻部分构建零点,在所述电阻R1的两端并联一个零点产生电容CZ。
优选的,所述功率管MP为PMOS功率管MP。
本发明的有益效果如下:
1、电源前馈技术。通过电源前馈,使得电源波动对功率管的影响大幅度降低,从而提高PSRR。
2、采用PMOS功率管。该方法系统架构较为简单,不需要NMOS功率管中所需要的charge pump,比较容易实现。
3、零点补偿技术。通过在反馈电阻部分构建零点,补偿系统中的次极点,从而使得系统PM参数大幅度提高,增强了系统稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例提供的LDO结构示意图;
图2是本发明实施例LDO的PSRR的仿真曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例,来详细说明本发明。
参照图1所示,其中Vin端为本实施例线性稳压器LDO的电压输入端,Vout端为电压输出端,Vref端为参考电压端,IL为负载电流。本实施例线性稳压器LDO的具体结构包括:
运算放大器FA,其具有正相端(+)、反相端(-)及输出端,其正相端(+)连接所述电压输出端Vout,其反相端(-)通过电阻RF1连接所述电压输入端Vin,其反相端(-)与输出端之间连接有电阻RF2,其中,电阻RF1、电阻RF2和运算放大器FA组成前馈电路1;
线性功率放大器SA,其具有正相端(+)、反相端(-)及输出端,其反相端(-)通过电阻RS1连接所述运算放大器FA的输出端,电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3的一端共同连接所述线性功率放大器SA的反相端(-),电阻RS2的另一端连接线性功率放大器SA的输出端,电阻RS3的另一端接地,其中,电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3、线性功率放大器SA组成加法器2;
误差放大器EA,其具有正相端(+)、反相端(-)及输出端,其输出端连接所述线性功率放大器SA的正相端(+),其反相端(-)连接所述参考电压端Vref,其正相端(+)分别连接电阻R1和电阻R2,电阻R1的另一端连接所述电压输出端Vout,电阻R2的另一端接地,电阻R1、电阻R2组成反馈电阻3,其中,在此反馈电阻3部分构建零点,补偿系统中的次极点,大幅提高系统PM参数,增强系统稳定性,具体的是在电阻R1的两端并联一个零点产生电容CZ;
PMOS功率管MP,具有源极S、栅极G及漏极D,其源极S连接电压输入端Vin,其漏极D连接所述电压输出端Vout,其栅极G连接所述线性功率放大器SA的输出端。
在所述电压输出端Vout与接地端之间还包括一路负载电容CL,以及负载电容CL的寄生电阻Resr,在所述电压输出端Vout与接地端之间有一路负载。
本发明中,由电阻RF1、电阻RF2和运算放大器FA组成的前馈电路1,当电压输入端Vin发生变化时,电压输入端Vin直接作用于PMOS功率管MP的源极S,与此同时,电压输入端Vin通过前馈电路1也作用于PMOS功率管Mp的栅极G,使得PMOS功率管Mp的栅极G与源极S电压保持不变,从而提高PSRR性能;
在本线性稳压器LDO架构中,PMOS功率管Mp的栅极G寄生电容(即为负载电容CL)比较大,但线性功率放大器SA的输出阻抗较小,从而极点较远,误差放大器EA的输出阻抗大,但输出电容较小,极点也比较小,从而整个线性稳压器LDO系统比较容易稳定,为了进一步加强系统稳定性,本专利在反馈电阻3中的电阻R1上并联一个零点产生电容CZ,该零点产生电容CZ将会产生一个零点,通过调整该零点,可以消除掉系统中的第二极点,增强系统的稳定性。
参照图2及表1所示,LDO性能指标大幅度提高,在10MHZ的带宽范围内,PSRR的参数都低至-80db,能满足大多数场合的应用,并且LDO的漏失电压与负载能力等性能指标都没有降低,并且系统架构简单。
以下表1为本实施例中线性稳压器LDO的主要性能指标:
表1:LDO的主要性能指标
输入电压 | 2.5V |
漏失电压 | 1.0VIout=200mA |
输出电压 | 1.2V |
输出电压精度 | ±2% |
最大输出电流 | 200mA |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高带宽高PSRR低压降线性稳压器,主要包括电压输入端Vin、参考电压端Vref、误差放大器EA和功率管MP,其特征在于,该线性稳压器还包括有前馈电路1和加法器2电路,所述前馈电路1通过加法器2电路接于电压输入端Vin与功率管MP的栅极G之间。
2.根据权利要求1所述的高带宽高PSRR低压降线性稳压器,其特征在于,所述前馈电路1包括运算放大器FA、电阻RF1、电阻RF2,所述运算放大器FA的正相端(+)连接所述电压输出端Vout,所述运算放大器FA的反相端(-)通过电阻RF1连接所述电压输入端Vin,并且其反相端(-)与输出端之间连接有电阻RF2,所述电压输入端Vin连接功率管MP的源极S。
3.根据权利要求2所述的高带宽高PSRR低压降线性稳压器,其特征在于,所述加法器2包括线性功率放大器SA、电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3,所述线性功率放大器SA的反相端(-)通过电阻RS1连接所述运算放大器FA的输出端,所述线性功率放大器SA的输出端连接所述功率管MP的栅极G。
4.根据权利要求3所述的高带宽高PSRR低压降线性稳压器,其特征在于,所述误差放大器EA的输出端连接所述线性功率放大器SA的正相端(+),所述误差放大器EA的反相端(-)连接所述参考电压端Vref,所述误差放大器EA的正相端(+)分别连接电阻R1和电阻R2,电阻R1的另一端连接电压输出端Vout,所述电压输出端Vout连接所述功率管MP的漏极D,电阻R2的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的高带宽高PSRR低压降线性稳压器,其特征在于,所述电阻R1、电阻R2组成反馈电阻3,在所述反馈电阻3部分构建零点,在所述电阻R1的两端并联一个零点产生电容CZ。
6.根据权利要求1所述的高带宽高PSRR低压降线性稳压器,其特征在于,所述功率管MP为PMOS功率管MP。
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