CN108874010A - 一种强抗干扰ldo模块及抗干扰触摸检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强抗干扰LDO模块及抗干扰触摸检测电路，包括偏置电路、带隙基准电路、负反馈电路和开环驱动电路，负反馈电路中运算放大器OP2的同相输入端与带隙基准电路输出端连接，输出端与N型晶体管NM2的栅极连接，N型晶体管NM2的源极通过串联的取样电阻R5和R6接地，运算放大器OP2的反相输入端连接到取样电阻R5和R6之间；偏置电路电源端和带隙基准电路电源端分别与外电源连接，外电源还分别与运算放大器OP2的电源端和N型晶体管NM2的漏极连接；开环驱动电路中N型MOS管NM3的漏极连接到外电源，栅极与运算放大器OP2的输出端连接，源极通过电阻R8和R7接地。本发明提高了抗电源干扰能力，提高了LDO输出级的高速驱动能力，结构简单易于实现，成本低廉。

Description

一种强抗干扰LDO模块及抗干扰触摸检测电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种强抗干扰LDO模块及抗干扰触摸检测电路。

背景技术

目前的家电领域,以及很多电子产品中都集成了触摸检测功能，触摸检测模块一般做成ASIC芯片或者嵌入MCU中。有一种触摸检测方式是基于RC振荡器频率变化的原理，每个触摸按键都对应着一个RC振荡器，当人手接触触摸按键时，触摸按键对地的等效电容会变大，与触摸按键相连的RC振荡器的频率和周期就会跟随变化，MCU系统定时采样这个RC振荡器输出的周期个数，根据这个周期个数变化来判断是否有触摸按键按下。这样的触摸检测方式具备灵敏度高，但它存在固有的缺点，抗干扰较弱。同时，由于RC环形振荡器本身对电源噪声很敏感，电源噪声的波动很容易引起触摸检测模块发生误检测，严重影响到触摸检测的准确性以及其功能的实现。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种能够大幅提高抗电源干扰能力及电源抑制能力、提高LDO输出级的高速驱动能力、结构简单易于实现、成本低廉的一种强抗干扰LDO模块及抗干扰触摸检测电路。

一种强抗干扰LDO模块，包括偏置电路、带隙基准电路、负反馈电路和开环驱动电路，所述负反馈电路包括运算放大器OP2、N型晶体管NM2、取样电阻R5和R6，所述运算放大器OP2的同相输入端与带隙基准电路输出端连接，所述运算放大器OP2的输出端与所述N型晶体管NM2的栅极连接，所述N型晶体管NM2的源极通过串联的取样电阻R5和R6接地，所述运算放大器OP2的反相输入端连接到取样电阻R5和R6之间；所述偏置电路电源端和带隙基准电路的电源端分别与外电源VDD连接，所述外电源VDD还分别与所述运算放大器OP2的电源端和所述N型晶体管NM2的漏极连接；

所述开环驱动电路包括N型MOS管NM3、电阻R7和R8，所述N型MOS管NM3的漏极连接到外电源VDD，栅极与所述运算放大器OP2的输出端连接，源极通过电阻R8和R7接地，以所述N型MOS管NM3的源极电压作为LDO模块的输出。

进一步地，所述运算放大器OP2的反相输入端通过电容C2接地。

进一步地，还包括模拟滤波电路，所述模拟滤波电路的输入端与外电源VDD连接，所述模拟滤波电路的输出端VDD1作为电源分别与所述偏置电路电源端、带隙基准电路电源端、运算放大器OP2的电源端以及N型晶体管NM2的漏极连接。

进一步地，所述模拟滤波电路是RC低通滤波器。

进一步地，所述带隙基准电路包括运算放大器OP1、N型晶体管NM1、PNP型三极管Q1、Q2、电阻R1、R2、R3、R4，所述运算放大器OP1的输出端与所述N型晶体管NM1的栅极连接；所述N型晶体管NM1的源极通过串联的电阻R1、R2、R4连接到三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极与集电极连接并接地，所述N型晶体管NM1的源极还通过串联的电阻R1、R3连接到三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的基极与集电极连接并接地；所述运算放大器OP1的同相输入端连接到电阻R3和三极管Q2之间，反相输入端连接到电阻R2和R4之间；所述运算放大器OP1的电源端和所述N型晶体管NM1的漏极连接作为带隙基准电路的电源端。

一种抗干扰触摸检测电路，包括触摸检测模块，所述触摸检测模块包括触摸RC振荡模块以及上文所述的一种强抗干扰LDO模块，所述LDO模块的电源端与外电源VDD连接，输出端与所述触摸RC振荡模块的电源端连接。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过采用负反馈电路与输出分离的方式，另外设置一N型MOS管用于开环输出，能够有效地隔绝电源噪声传导到LDO的输出端，且结构较为简单稳定，能够有效降低成本；

2、通过采用N型MOS管取代现有技术中的P型MOS管作为输出，不仅有效提高了抗电源干扰能力及电源抑制能力，还提高了LDO输出级的高速驱动能力；

3、通过采用在外电源连接到偏置电路、带隙基准电路和负反馈电路之前先经过一个模拟滤波电路，使得外部电源噪声或电源尖峰干扰无法作用于偏置电路，使得内部电源VDD1信号纹波很小，从而使得电流源输出稳定电流，带隙基准电路输出稳定参考电压，有效降低带隙基准电路的输出噪声；开环驱动电路不与模拟滤波电路的输出VDD1相连而是直接连接外电源可进一步提高驱动能力。

附图说明

图1为本发明LDO模块的结构示意图1；

图2为PMOS管和NMOS管的对比图；

图3为本发明LDO模块的结构示意图2；

图4为本发明抗干扰触摸检测电路结构示意图。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种强抗干扰LDO模块，如图1所示，包括偏置电路、带隙基准电路、负反馈电路和开环驱动电路，所述负反馈电路包括运算放大器OP2、N型晶体管NM2、取样电阻R5和R6，所述运算放大器OP2的同相输入端与带隙基准电路输出端连接，所述运算放大器OP2的输出端与所述N型晶体管NM2的栅极连接，所述N型晶体管NM2的源极通过串联的取样电阻R5和R6接地，所述运算放大器OP2的反相输入端连接到取样电阻R5和R6之间；所述偏置电路电源端和带隙基准电路的电源端分别与外电源VDD连接，所述外电源VDD还分别与所述运算放大器OP2的电源端和所述N型晶体管NM2的漏极连接；

所述开环驱动电路包括N型MOS管NM3、电阻R7和R8，所述N型MOS管NM3的漏极连接到外电源VDD，栅极与所述运算放大器OP2的输出端连接，源极通过电阻R8和R7接地，以所述N型MOS管NM3的源极电压作为LDO模块的输出。

本实施例中的偏置电路是组成LDO必要的一部分，属于现有技术的范畴，在此不作详细描述。偏置电路可由启动电路，共源共栅电压源和电流源三部分组成，启动电路主要为共源共栅电压源上电工作时提供启动信号；共源共栅电压源为电流源提供固定的参考电压，电流源由固定的参考电压转换成固定的参考电流输出。偏置电路的作用是为带隙基准电路和LDO负反馈电路提供抗强干扰的、稳定的参考电压和参考电流。

为了提高输出电压的准确度，R7和R8的阻值可与R5和R6呈一定的比例关系，以最大限度匹配NM2和NM3的静态电流。具体要匹配到什么程度取决于对输出电压精度的要求。R7和R8也可以采用单个电阻。

现有技术中的LDO电路通常在调整元件(相当于本方案中的NM2)与取样电阻连接的一端作为输出端，又由于取样电阻R5、R6本身也是主要噪声来源(其他噪声来源包括带隙的输出噪声和运算放大器的等效输入噪声)，因此噪声要么难以清除，要么需要在输出端设置较为复杂的电路结构来实现降噪滤波，成本较高；而本方案中采用负反馈电路与输出分离的方式，另外设置一N型MOS管NM3用于开环输出，能够有效地隔绝电源噪声传导到LDO的输出端，且结构较为简单稳定，能够有效降低成本。

本申请采用N型MOS管作为输出，相对于现有技术中常用的P型MOS管还有如下优点：

(1)有效提高了抗电源干扰能力及电源抑制能力。如图2所示，因为N型MOS管接电源端的漏极是高阻抗点，N型MOS管衬底须接地，漏极和源极的隔离性能好，P型MOS管衬底须接VDD，也就是说P型MOS管衬底和漏极是短接的，漏极和源极的隔离性能较差，体现出来的N型MOS管漏极和源极之间的阻抗远大于P型MOS管漏极和源极之间的阻抗；N型MOS管栅极与漏极的寄生电容比P型MOS管的源极与栅极间寄生电容小的多，而且P型MOS管衬底(固定接电源)和漏极之间还存在寄生电容，也就是说P型漏极和VDD之间存在交流通道，而N型MOS管衬底固定接地，也就是说N型的源极和VDD之间不存在交流通道。因此，N型MOS比P型MOS具有更好的电源抑制能力。

(2)有效提高LDO输出级的高速驱动能力。当LDO输出负载变化时，P型MOS管需要通过反馈电路完成，电路复杂，速度受限；N型MOS管无需辅助反馈电路，反应时间快，而且结构简单，无其他元件成本。

由此可见，相对于传统的P型MOS管，本方案采用另设一N型MOS管作为输出既能有效提高LDO输出级的高速驱动能力，还具有更好的电源抑制能力，抗干扰能力更强，且结构实现较为容易，成本相对低廉。

作为进一步优化的方案，所述运算放大器OP2的反相输入端通过电容C2接地。

在反馈点处加一个电容接地，可以进一步提升对高频噪声的抗噪性能。

作为进一步优化的方案，如图3所示，还包括模拟滤波电路，所述模拟滤波电路的输入端与外电源VDD连接，所述模拟滤波电路的输出端VDD1作为电源分别与所述偏置电路电源端、带隙基准电路电源端、运算放大器OP2的电源端以及N型晶体管NM2的漏极连接。所述模拟滤波电路为偏置电路、带隙电路和负反馈闭环电路三部分供电。所述模拟滤波电路可以是RC低通滤波器。

为了进一步提高抗干扰性能，可在LDO模块的偏置电路上增加一个低通或带通滤波器(可以是有源滤波也可以是无源滤波)，实现方式有多种，如RC滤波(可以是一阶也可以是高阶)、LC滤波。具体的方式取决于需要滤波的频率范围。采用RC低通滤波器的原因是为了滤除10KHz以上的电源噪声及电源尖峰干扰。外部电源先经过由R0、C0组成的模拟滤波电路，通过模拟滤波电路与偏置电路、带隙基准电路和负反馈电路的电源端相连。这样外部电源噪声或电源尖峰干扰便无法作用于偏置电路，使得内部电源VDD1信号纹波很小，从而使得电流源输出稳定电流，带隙基准电路输出稳定参考电压，有效降低带隙基准电路的输出噪声。另外，开环驱动电路不与模拟滤波电路的输出VDD1相连而是直接连接外电源VDD可进一步提高驱动能力。

作为进一步优化的方案，如图3所示，所述带隙基准电路包括运算放大器OP1、N型晶体管NM1、PNP型三极管Q1、Q2、电阻R1、R2、R3、R4，所述运算放大器OP1的输出端与所述N型晶体管NM1的栅极连接；所述N型晶体管NM1的源极通过串联的电阻R1、R2、R4连接到三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极与集电极连接并接地，所述N型晶体管NM1的源极还通过串联的电阻R1、R3连接到三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的基极与集电极连接并接地；所述运算放大器OP1的同相输入端连接到电阻R3和三极管Q2之间，反相输入端连接到电阻R2和R4之间；所述运算放大器OP1的电源端和所述N型晶体管NM1的漏极连接作为带隙基准电路的电源端。

本方案中的带隙基准电路的输出电压不随电源和温度变化而变化，可以稳定地作为运算放大器OP2的正端输入。

实施例2：

一种抗干扰触摸检测电路，如图4所示，包括触摸检测模块，所述触摸检测模块包括触摸RC振荡模块以及实施例1中所述的任一种强抗干扰LDO模块，所述LDO模块的电源端与外电源VDD连接，输出端与所述触摸RC振荡模块的电源端连接。

所述触摸RC振荡模块和LDO模块的GND端接地，触摸RC振荡模块的输入端通过触摸引脚连接到触摸按键，所述触摸按键可等效为一个对地的电容，一般电容值在5pf～10pf之间。所述触摸RC振荡模块可以是环形RC振荡器，所述环形RC振荡器是一个环形振荡电路，内部由电阻器，晶体管等组成，它输出一定周期和频率的方波，方波的周期与所述等效电容成比例关系。当人手接触触摸按键时，触摸按键等效电容变大，从而方波的周期也会跟随变大，频率变小。本申请所述的LDO模块不仅可以对采用RC振荡器的触摸检测模块适用，对于其他类型或原理的触摸检测模块同样适用，都可以大大增强抗电源干扰能力。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种强抗干扰LDO模块，其特征在于：包括偏置电路、带隙基准电路、负反馈电路和开环驱动电路，所述负反馈电路包括运算放大器OP2、N型晶体管NM2、取样电阻R5和R6，所述运算放大器OP2的同相输入端与带隙基准电路输出端连接，所述运算放大器OP2的输出端与所述N型晶体管NM2的栅极连接，所述N型晶体管NM2的源极通过串联的取样电阻R5和R6接地，所述运算放大器OP2的反相输入端连接到取样电阻R5和R6之间；所述偏置电路电源端和带隙基准电路的电源端分别与外电源VDD连接，所述外电源VDD还分别与所述运算放大器OP2的电源端和所述N型晶体管NM2的漏极连接；

所述开环驱动电路包括N型MOS管NM3、电阻R7和R8，所述N型MOS管NM3的漏极连接到外电源VDD，栅极与所述运算放大器OP2的输出端连接，源极通过电阻R8和R7接地，以所述N型MOS管NM3的源极电压作为LDO模块的输出。

2.根据权利要求1所述的一种强抗干扰LDO模块，其特征在于：所述运算放大器OP2的反相输入端通过电容C2接地。

3.根据权利要求1所述的一种强抗干扰LDO模块，其特征在于：还包括模拟滤波电路，所述模拟滤波电路的输入端与外电源VDD连接，所述模拟滤波电路的输出端VDD1作为电源分别与所述偏置电路电源端、带隙基准电路电源端、运算放大器OP2的电源端以及N型晶体管NM2的漏极连接。

4.根据权利要求3所述的一种强抗干扰LDO模块，其特征在于：所述模拟滤波电路是RC低通滤波器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种强抗干扰LDO模块，其特征在于：所述带隙基准电路包括运算放大器OP1、N型晶体管NM1、PNP型三极管Q1、Q2、电阻R1、R2、R3、R4，所述运算放大器OP1的输出端与所述N型晶体管NM1的栅极连接；所述N型晶体管NM1的源极通过串联的电阻R1、R2、R4连接到三极管Q1的发射极，所述三极管Q1的基极与集电极连接并接地，所述N型晶体管NM1的源极还通过串联的电阻R1、R3连接到三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的基极与集电极连接并接地；所述运算放大器OP1的同相输入端连接到电阻R3和三极管Q2之间，反相输入端连接到电阻R2和R4之间；所述运算放大器OP1的电源端和所述N型晶体管NM1的漏极连接作为带隙基准电路的电源端。

6.一种抗干扰触摸检测电路，其特征在于：包括触摸检测模块，所述触摸检测模块包括触摸RC振荡模块以及权利要求1-5任一项所述的一种强抗干扰LDO模块，所述LDO模块的电源端与外电源VDD连接，输出端与所述触摸RC振荡模块的电源端连接。