CN108762361A - 低压差线性稳压器 - Google Patents

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袁冰
周宏哲
余俊兴
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Xiamen Yuanshun Microelectronics Technology Co ltd
Unisonic Technologies Co Ltd
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Xiamen Yuanshun Microelectronics Technology Co ltd
Unisonic Technologies Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

一种低压差线性稳压器，包括：P型功率管，所述P型功率管的源端与第一输入电源端连接，所述P型功率管的漏端与输出电压端连接，所述P型功率管具有背栅，所述P型功率管的所述背栅与所述P型功率管的源端连接；驱动电路，所述驱动电路的输出端与所述P型功率管的栅极连接；误差放大器，所述误差放大器的输出端与所述驱动电路的输入端连接；纹波引入单元，所述纹波引入单元连接在所述误差放大器的输出端和所述驱动电路的输入端之间。所述低压差线性稳压器提高电源抑制比。

Description

低压差线性稳压器
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种低压差线性稳压器。
背景技术
低压差线性稳压器(low dropout regulator,LDO)可以提供与电源及环境无关的稳定的输出电压，并具有一定负载能力，已经广泛应用于各类芯片之中。
相对于传统线性稳压器，使用PMOS管作为功率管的低压差线性稳压器，能使输入电压与输出电压之间的压差，最小可约等于负载电流与PMOS管导通电阻的乘积，可见，极小的导通电阻使相应的低压差线性稳压器压差非常低。这种情况下，当系统输入电压和输出电压接近时，可达到很高的效率。
低压差线性稳压器的一个重要参数是电源抑制比(Power Supply RejectionRatio,PSRR)，即输入电压与输出电压变化的比值。由于环境噪声等因素会使输入电压产生毛刺，从而影响到输出电压稳定性，故一个较大的电源抑制比能使低压差线性稳压器有一个更为稳定的输出。
因此，提高低压差线性稳压器的电源抑制比成为业界的期望。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种低压差线性稳压器，以提高低压差线性稳压器的电源抑制比。
为解决上述问题，本发明提供了一种低压差线性稳压器，包括：P型功率管，所述P型功率管的源端与第一输入电源端连接，所述P型功率管的漏端与输出电压端连接，所述P型功率管具有背栅，所述P型功率管的所述背栅与所述P型功率管的源端连接；驱动电路，所述驱动电路的输出端与所述P型功率管的栅极连接；误差放大器，所述误差放大器的输出端与所述驱动电路的输入端连接；纹波引入单元，所述纹波引入单元连接在所述误差放大器的输出端和所述驱动电路的输入端之间。
可选的，所述纹波引入单元包括NMOS管，所述NMOS管具有背栅。
可选的，所述纹波引入单元还包括第一电阻和电容。
可选的，所述NMOS管的所述背栅通过所述第一电阻与地连接，所述NMOS管的所述背栅通过所述电容与第二输入电源端连接。
可选的，所述NMOS管的栅极连接至偏置电压端，所述偏置电压端独立于所述第一输入电源端。
可选的，所述低压差线性稳压器还包括采样电阻网络，所述采样电阻网络连接在所述输出电压端和地之间。
可选的，所述误差放大器的反向输入端接参考电压输入端，所述误差放大器的同相输入端接所述采样电阻网络的采样电压端。
可选的，所述采样电阻网络包括串联的第二电阻和第三电阻，所述采样电压端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间。
本发明技术方案的一个方面中，在电路中增加纹波引入单元，利用纹波引入单元内部的背栅效应，检测输入电源扰动，进而影响回路，抵消输入电源扰动对输出电压的干扰，提高电源抑制比。
进一步的，通过纹波引入单元内部的电容耦合作用，将输入电源纹波注入NMOS管的背栅，并影响误差放大器的输出，通过反馈环路调节P型功率管栅极电压，起到稳定输出电压，提高电源抑制比。
附图说明
图1为一种传统架构的低压差线性稳压器电路图；
图2为图1所示低压差线性稳压器输入电压及对应输出电压示意图；
图3为另一种传统架构的低压差线性稳压器电路图；
图4为本发明实施例提供的低压差线性稳压器电路图。
具体实施方式
一种传统低压差线性稳压器的电路图如图1所示，包括误差放大器101、驱动电路102、P型功率管103和采样电阻网络104(以虚线框表示)。电路工作时，输入电源(Vin)的变化通过P型功率管103传递给输出电压(Vout)。通过采样电阻网络104传递给误差放大器101，产生驱动信号。通过驱动电路102控制P型功率管103栅极电压，形成负反馈回路，以用于稳定输出电压。P型功率管103具有背栅，背栅与输入电源连接。结合图2的电压示意图可以看到，图1这种传统低压差线性稳压器，当输入电源(输入电压)有上下扰动时,会影响P型功率管103，导致输出电压扰动，靠着误差放大器101才回复原有水准。
图3是另一种低压差线性稳压器的电路图，它是在图1所示传统低压差线性稳压器的基础上，将P型功率管103的背栅通过电阻105与另一个输入电源连接，其它方面与图1相同。
由于电阻105的介入，P型功率管103的VBS(B为背栅，S为源端)不为0,产生背栅效应，使P型功率管103阈值电压(VTH)随背栅-源电压(VBS)变化而变化。当第一输入电源发生上下扰动时，假设P型功率管103的栅极电压不变，则由于P型功率管103的栅-源电压(VGS)变化，将会引起相应输出电流变化，从而影响输出电压(Vout)。而通过电阻105引入产生背栅效应，输入电源扰动将引起P型功率管阈值电压变化。但由于P型功率管103的电流与栅-源电压和阈值电压相关，故背栅效应的引入，将使P型功率管103的输出电流变化减小，从而使输出电压更稳定。
然而，在图3所示低压差线性稳压器中，由于引入电阻105，等效于将P型功率管103的衬底电阻增大，导致(P型功率管103)更容易引起闩锁效应，产生电源到地的穿通电流，损坏相应芯片。
为此，本发明本提供一种可以提高电源抑制比，用来减小输入电压扰动对输出电压干扰的低压差线性稳压器。
为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。
本发明实施例提供一种低压差线性稳压器，请参考图4。
所述低压差线性稳压器包括P型功率管203、驱动电路202、误差放大器201和纹波引入单元205。
P型功率管203的源端与第一输入电源端Vin连接，P型功率管203的漏端与输出电压端Vout连接，P型功率管203具有背栅，P型功率管203的背栅与P型功率管203的源端连接，即P型功率管203的背栅也连接第一输入电源端Vin。并且，P型功率管203的背栅与第一输入电源端Vin之间没有电阻。
驱动电路202的输出端与P型功率管203的栅极连接。
误差放大器201的输出端与驱动电路202的输入端连接。
纹波引入单元205连接在误差放大器201的输出端和驱动电路202的输入端之间。
请继续参考图4，所述低压差线性稳压器还包括采样电阻网络204，采样电阻网络204连接在输出电压端和地(未标注)之间。
误差放大器201的反向输入端接参考电压输入端Vref，误差放大器201的同相输入端接采样电阻网络204的采样电压端(未标注)。
本实施例中，采样电阻网络204包括串联的第二电阻2041和第三电阻2042，所述采样电压端位于第二电阻2041和第三电阻2042之间。第二电阻2041未与第三电阻2042连接的一端接输出电压端Vout，第三电阻2042未与第二电阻2041连接的一端接地。
本实施例中，纹波引入单元205可以包括NMOS管2051，NMOS管2051具有背栅。所述背栅进一步与纹波引入单元205的其它结构配合，后续将进一步说明。
本实施例中，纹波引入单元205还可以包括第一电阻2052和电容2053。纹波引入单元205的NMOS管2051的背栅，通过第一电阻2052与地(未标注)连接，NMOS管2051的背栅通过电容2053与第二输入电源端(未标注)连接。纹波引入单元205的NMOS管2051的栅极，连接至偏置电压端Vbias，偏置电压端Vbias独立于第一输入电源端Vin。
本实施例所提供的低压差线性稳压器中，在驱动电路202和误差放大器201之间，增加了纹波引入单元205。其中，纹波引入单元205包括NMOS管2051、第一电阻2052和电容2053。并且，NMOS管2051的漏端与误差放大器201的输出端和驱动电路202的输入端之间节点相连，同时NMOS管2051的的源端接地，NMOS管2051的栅极接固定的偏置电压Vbias，NMOS管2051的背栅分别与第一电阻2052和电容2053连接，第一电阻2052的另一端接地，电容2053的另一端接输入第二输入电源端。
在工作时，电路输出电压端Vout的产生的输出电压(Vout)与采样电阻网络的采样电压端电压(FB)满足以下关系式(需要说明的是，本说明书中，Vin和Vout既作为标注，也作为相应电压的表示)：
其中，R2为第二电阻2041的电阻阻值，R3为第三电阻2042的电阻阻值。
这种情况下，误差放大器201输出与纹波引入单元205的NMOS管2051下拉电流叠加产生驱动信号，通过驱动电路202控制P型功率管203的栅极电压。NMOS管2051栅极电压为与输入电源(Vin)无关的固定偏置电压(Vbias)，NMOS管2051工作在饱和区，其漏端电流满足以下关系式：
上述公式(2)为已知公式，μn为NMOS管2051的电子迁移率，COX为NMOS管2051的栅氧电容，W为NMOS管2051的沟道宽度，L为NMOS管2051的沟道长度，VGS为NMOS管2051的栅源电压(本实施例固定为Vbias)，VTH为NMOS管2051的阈值电压。
可见，NMOS管2051的漏端电流大小与其阈值电压VTH相关。
而NMOS管2051背栅通过第一电阻2052接地，当电源稳定时，其背栅电压(VBS)为0，当电源产生扰动时，由电源扰动通过电容2053耦合引起其背栅电位变化，背栅电压VBS不为0，产生MOS管背栅效应，使NMOS管2051的阈值电压(VTH)相应变化，进而影响NMOS管2051漏端电流。
可见，当第一输入电源端Vin的输入电源(Vin)扰动时，透过NMOS管2051的背栅效应，误差放大器201与驱动电路202之间的节点将提前感知输入电源变化，通过驱动电路202提前对P型功率管203栅极电压做相应调整，从而使输出电压(Vout)扰动变小。
综合上述内容可知，本实施例在电路中增加纹波引入单元，利用纹波引入单元内部的背栅效应，检测输入电源扰动，进而影响回路，抵消输入电源扰动对输出电压的干扰，提高电源抑制比。
进一步的，本实施例中，通过纹波引入单元内部的电容耦合作用，将输入电源纹波注入NMOS管2051的背栅，并影响误差放大器201的输出，通过反馈环路调节P型功率管203栅极电压，起到稳定输出电压，提高电源抑制比。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种低压差线性稳压器，其特征在于，包括：
P型功率管，所述P型功率管的源端与第一输入电源端连接，所述P型功率管的漏端与输出电压端连接，所述P型功率管具有背栅，所述P型功率管的所述背栅与所述P型功率管的源端连接；
驱动电路，所述驱动电路的输出端与所述P型功率管的栅极连接；
误差放大器，所述误差放大器的输出端与所述驱动电路的输入端连接；
纹波引入单元，所述纹波引入单元连接在所述误差放大器的输出端和所述驱动电路的输入端之间。
2.如权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述纹波引入单元包括NMOS管，所述NMOS管具有背栅。
3.如权利要求2所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述纹波引入单元还包括第一电阻和电容。
4.如权利要求3所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述NMOS管的所述背栅通过所述第一电阻与地连接，所述NMOS管的所述背栅通过所述电容与第二输入电源端连接。
5.如权利要求4所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述NMOS管的栅极连接至偏置电压端，所述偏置电压端独立于所述第一输入电源端。
6.如权利要求1所述的低压差线性稳压器，其特征在于，还包括采样电阻网络，所述采样电阻网络连接在所述输出电压端和地之间。
7.如权利要求6所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述误差放大器的反向输入端接参考电压输入端，所述误差放大器的同相输入端接所述采样电阻网络的采样电压端。
8.如权利要求7所述的低压差线性稳压器，其特征在于，所述采样电阻网络包括串联的第二电阻和第三电阻，所述采样电压端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间。
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