CN110502053A - 高电源电压抑制比线性稳压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高电源电压抑制比线性稳压器，包括功率器件，该线性稳压器还包括：稳压环路，加载在所述功率器件的栅极，进行功率器件的栅极调节；低阻抗对地支路，一端与功率器件漏极相连，另一端接地，提供并联支路的低阻抗值。本发明线性稳压器低成本、低功耗，且能有效提供高电源电压抑制比。

Description

高电源电压抑制比线性稳压器
技术领域
本发明具体涉及一种能够提供高电源电压抑制比的线性稳压器。
背景技术
在现有线性稳压器中，为了提高电源电压抑制比，最新技术是调节功率器件的栅极(或者衬底)，利用功率器件栅极(或者衬底)变化的调节信号抵消供电电源的噪声，从而阻断供电电源噪声进入线性稳压器的输出端。
采用上述技术的线性稳压器，结构框图如图1所示：通过电阻Rff1、电容Cff1、放大器Feedforward Amplifier、电阻Rs1、电阻Rs2、电阻Rs3和加法放大器Summing Amplifier构成供电电源噪声抵消反馈环路(Cancellation Path)。供电电源Vin的输入噪声vnoise(1)直接加载在功率器件Mp1的源极，(2)经过电源噪声抵消电路，加载在功率器件Mp1的栅极，并且在栅极的噪声功率，与功率器件Mp1源极的噪声功率基本相等，功率器件Mp1的栅源电压差相对不变。从而阻止了供电电源噪声进入线性稳压器的输出端Vout，达到提高电源电压抑制比的目的。
但该类技术存在以下缺陷：
1)功率器件Mp1的栅极存在非常大的寄生电容，严重限制了供电电源噪声抵消电路的带宽，从而影响了该类线性稳压器的高频电源电压抑制比；
2)采用该技术的线性稳压器，供电电源噪声抵消反馈环路与稳压环路(电阻Rf1、电阻Rf2和误差放大器Error Amplifier构成)形成双环路系统，共同调节功率器件Mp1的栅极，增加了系统的复杂度；
3)采用该技术的线性稳压器，需要增加放大器Feedforward Amplifier和加法放大器Summing Amplifier，增加系统功耗的同时，也增加了芯片的面积，加重了系统的成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种低成本、低功耗，且能有效提供高电源电压抑制比的线性稳压器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高电源电压抑制比线性稳压器，包括功率器件，该线性稳压器还包括：
稳压环路，加载在所述功率器件的栅极，进行功率器件的栅极调节；
低阻抗对地支路，一端与功率器件漏极相连，另一端接地，提供并联支路的低阻抗值。
进一步的，上述稳压环路由电阻Rf1、电阻Rf2和误差放大器组成；所述差放大器的正端分别与电阻Rf1、电阻Rf2的一端相连，电阻Rf1的另一端与功率器件的漏极相连，电阻Rf2的另一端接地；误差放大器的输出端加载在功率器件的栅极。
进一步的，本发明线性稳压器还包括滤噪支路；该滤噪支路与低阻抗对地支路并联，包括电容CL，该电容CL的一端与功率器件漏极相连，另一端接地。
进一步的，上述低阻抗对地支路由电阻Rpos和负阻抗模块串联组成。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1)本发明线性稳压器在极大的频率范围内，可以实现高电源电压抑制比。
2)本发明电路结构简单，易于实现，性能稳定。
3)本发明电路无需增加放大器，达到了低功耗、低成本的目的。
附图说明
图1为现有线性稳压器的电路示意图；
图2为本发明高电源电压抑制比线性稳压器的结构框图；
图3为图2中负阻模块的电路结构图；
图4为图3中负阻模块的等效电路模型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图2所示，供电电源噪声经过功率器件加载在线性稳压器的输出端，本发明线性稳压器包括稳压环路(电阻Rf1、电阻Rf2和误差放大器Error Amplifier构成)、低阻抗的对地支路(电阻Rpos和负阻抗模块Negative Impedance Module构成)。
利用简单电阻分压原理，输出端的供电电源噪声约等于，
Vout,noise≈Zout/(Zout+rds1) (1)
Zout表示线性稳压器输出阻抗，rds1表示功率器件Mp1漏源端阻抗。由表达式(1)可知，如果输出阻抗越小，加载在线性稳压器输出端的供电电源噪声就越少。
本发明在线性稳压器的输出端，创造性地设计了一条低阻抗的对地支路，该支路对地阻抗等于Rpos-Rneg，Rpos表示电阻的正阻抗，-Rneg表示负阻抗模块(Negative ImpedanceModule)产生的负阻抗。该支路与输出端其他支路并联(包括并联的电容CL、并联的负载RL等)，如图2所示。根据公式：
Zout＝1/[gds+(sCL+RL -1)+(Rpos-Rneg)-1] (2)
因为该低阻抗的支路对地阻抗远小于其他支路，所以线性稳压器输出端的对地阻抗由该支路的对地阻抗决定。
如图3所示为负阻抗模块(Negative Impedance Module)的其中一种电路结构示意图，其中M1、M2分别在两个支路，X点为M2管的漏级和M1的栅极连接点。
根据图4所示的等效电路模型可以得到：IX＝gm2V2＝-gm1V1，并且Vx＝V1-V2。因此有Rin＝VX/IX＝-(1/gm1+1/gm2)，若gm1＝gm2＝gm。那么从X点看到的等效阻抗就等于-2/gm。即呈现为一个负阻。
从上述电路分析中可以看出，线性稳压器的输出阻抗越小，相位噪声的表现越好，但是支路阻抗小会导致支路电路非常大。通过引入负阻模块，可以得到等效小的输出阻抗的支路，由于负阻的支路电流由负阻模块本身决定，可以通过对负阻模块进行调节，从而解决前面的这个问题。
本发明电路，信号没有经过大电阻、大电容，实现了在极宽的频率范围内可正常工作。
同时电路器件数量少，并且没有多个环路叠加的情况，实现了结构简单，稳定可靠。
并删减了现有电路中的放大器Feedforward Amplifier和加法放大器SummingAmplifier，，达到了低功耗的目的，同时无需增加芯片面积，实现了低成本。

Claims (5)

1.高电源电压抑制比线性稳压器，供电电源噪声通过功率器件加载在线性稳压器的输出端，其特征在于，所述线性稳压器还包括：
稳压环路，加载在所述功率器件的栅极，进行功率器件的栅极调节；
低阻抗对地支路，一端与功率器件漏极相连，另一端接地，提供并联支路的低阻抗值。
2.根据权利要求1所述的线性稳压器，其特征在于，所述稳压环路由电阻Rf1、电阻Rf2和误差放大器组成；所述误差放大器的正端分别与电阻Rf1、电阻Rf2的一端相连，电阻Rf1的另一端与所述功率器件的漏极相连，电阻Rf2的另一端接地；所述误差放大器的输出端加载在所述功率器件的栅极。
3.根据权利要求2所述的线性稳压器，其特征在于，所述线性稳压器还包括滤噪支路；所述滤噪支路与所述低阻抗对地支路并联，包括电容CL,所述电容CL的一端与功率器件漏极相连，另一端接地。
4.根据权利要求2或3所述的线性稳压器，其特征在于，所述低阻抗对地支路由电阻Rpos和负阻抗模块串联组成。
5.根据权利要求4所述的线性稳压器，其特征在于，所述负阻抗模块由MOS管M1和MOS管M2分别组成的两条支路并联构成。
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