CN110703839A - 一种通用超低噪声射频电路的电源及供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用超低噪声射频电路的电源及供电方法，包括：稳压电路，所述稳压电路包括：参考电压源，提供高精度的参考电压值，并输出至运算放大器，所述运算放大器并联有积分电容，运算放大器的输出端连接至三极管，输出电压经反馈电路反馈至运算放大器的输入端，通过积分电容的调节使得输出电压保持在稳定状态。本发明采用完全相同的器件通过简单更改电路连接方式既可以实现正电稳压电路也可以实现负电稳压电路，减小射频电源电路的元器件种类，降低电路设计管理成本。

Description

一种通用超低噪声射频电路的电源及供电方法

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种通用超低噪声射频电路的电源及供电方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来随着射频信号装置在个人通信、无线通信、卫星导航等领域的广泛应用，对射频信号装置的性能指标要求越来越高，而电源设计对装置的性能指标影响至关重要。射频电路电源需要具有输出稳定、噪声低、适用性强等特点，这样才能有效保证射频信号装置输出信号频谱纯度和相位噪声等关键指标，为射频信号装置的稳定运行提供保障。

现有的电源稳压电路设计主要由基准电压电路、误差放大器、调整管和反馈网络组成。

其中的基准电压电路可以提供一个稳定的基准电压。常用的电压基准源结构是齐纳二极管或者带隙基准源。调整管又被称为功率管，主要作用是作为输入到输出的大电流通道，并且具有一定的输入输出电压差和输出电流调节能力。反馈网络一般由电阻网络组成，主要作用是将输出电压变化反馈至误差放大器输入端，即作为反馈电压。误差放大器、调整管和反馈网络组成了一个闭环反馈系统。调整误差放大器的极性端可使其处于负反馈状态。

发明人在研究中发现，现有的射频电路的电源稳压电路设计中以集成电路的形式完成功能设计，正电稳压电路和负电稳压电路设计需要不同的集成电路器件，采用的器件种类多样并且成本较高；集成稳压电源电路中特别是负压大电流(1A)的压差一般都大于2V，压差较大，并且此种电路的输出噪声主要由芯片自身特性决定，没有可以调整的空间，对于射频电路而言输出噪声较大，针对射频供电电路存在可调试部件少、调试不灵活和适应范围窄的缺点，并且没有针对射频电源的具体电路实现方案。现有稳压电路设计中大多用于集总参数电路供电，对射频电路的低噪声供电电源的设计考虑不全面。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种通用超低噪声射频电路的电源，通用性强，用相同的电路器件既可以组建正电稳压电路又可以组建负电稳压电路，减小器件种类和元器件成本。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种通用超低噪声射频电路的电源，包括：稳压电路，所述稳压电路包括：

参考电压源，提供高精度的参考电压值，并输出至运算放大器，所述运算放大器并联有积分电容，运算放大器的输出端连接至三极管，输出电压经反馈电路反馈至运算放大器的输入端，通过积分电容的调节使得输出电压保持在稳定状态。

进一步的技术方案，通过反馈电路的结构形式，稳压电路包括正电稳压电路和负电稳压电路。

进一步的技术方案，所述正电稳压电路的反馈电路包括相并联的电阻R3及电容C2，相并联的电阻R3及电容C2再与电阻R2相串联后连接至运算放大器的输入端；

所述负电稳压电路的相并联的电阻R3及电容C2再与电阻R2的一端共同连接至运算放大器的输入端，电阻R2的另一端接地。

进一步的技术方案，参考电压源与运算放大器之间串联有电源滤波器，降低参考电源的噪声对输出电压的影响；

三极管的发射极串联有电源滤波器，三极管的集电极输出端串联有电源滤波器。

进一步的技术方案，所述电源滤波器为磁珠。

进一步的技术方案，所述运算放大器为低噪声运算放大器，降低输出电压的噪声电平，通过同相和反相的虚短虚断保证电路的正常工作；正压电源及负压电源为运算放大器供电，通过利用双电源供电也使得该电路通过调整之后提供负电稳压电路。

一种通用超低噪声射频电路的电源的供电方法，作为正电稳压电路，包括：

输出负载稳定时：参考电压源产生的精准参考电压Vc1输入到运算放大器的反相端口，根据虚短算得输出电压Vout＝Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作；

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则运算放大器件N1正相端口的反馈电压为R2*Vout/(R2+R3)也随之增加，该正相端口电压与参考电压Vc1进行比较，其差值电压经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态，同理，当Vout输出电流增大时，也将使得输出电压保持在稳定状态。

一种通用超低噪声射频电路的电源的供电方法，作为负电稳压电路，包括：

输出负载稳定时：参考电压Vc1产生的精准参考电压输入到运算放大器N1的反相端口，根据虚短可以算得输出电压Vout＝-Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作；

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则器件N1负相端口的反馈电流为Vout/(R2+R3)也随之增加，该负相端口电流的变化差值经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态，同理，当Vout输出电流增大时，也将使得输出电压保持在稳定状态。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明致力于一种通用超低噪声射频电路的电源设计方法，该设计电路的通用性强，用相同的器件既可以组建正电稳压电路又可以组建负电稳压电路，减小器件种类降低电路设计管理成本；在电路设计中增加了噪声抑制电路以保证电路的低噪声特性；电源电路的压差小，输入输出电压满足PN结导通电压(最小0.2V)即可正常工作，工作效率高。

本发明通过将反馈电压连接到运算放大器的正相端口或者反相端口，同时改变三接管发射极与集电极的连接方式，利用相同的元器件既可以实现正电稳压电路也可以实现负电稳压电路，减小射频电源电路的元器件种类，降低电路设计管理成本。

本发明整个射频电源电路的输出噪声低，通过采用低噪声运算放大器以及在参考电压源、电压输入和电源输出端增加滤波元器件的设计方案，能够有效抑制低频电源噪声，降低输出端的电源噪声。

本发明输入电压和输出电压的压差低，在最小0.2V的压差情况下就能保证整个电路的正常工作并且具有较大的电流输出能力，降低功耗提高电源工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。

图1为本发明实施例正电稳压电路结构图；

图2为本发明实施例负电稳压电路结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提出的总体思路：

通过微调电路设计结构既可实现正电稳压又可以实现负电稳压，电路设计中通过低噪声运算放大器和参考电压源设计所需输出电压的设定值，通过积分电容对环路相位裕度进行调整以保证系统的稳定性，通过三极管提供输入输出电流通道，并且起到一定的隔离作用，通过在电流通路上增加磁珠能够在抑制电源噪声的同时也可以消减射频电路的串扰影响。

实施例一

本实施例公开了一种通用超低噪声射频电路的电源，参见附图1所示，正电稳压电路的电路结构图如图1所示，该电路主要由参考电压源Vc1，供电电压源Vc2、供电电压源Vc3、磁珠Y1、磁珠Y2、磁珠Y3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和三极管V1组成。

参考电压源Vc1提供高精度的参考电压值；磁珠Y1可以用来作为电源滤波器，降低参考电源的噪声对输出电压的影响；电阻R1的值等于电阻R2与电阻R3的并联值，用于减小运算放大器输入偏置电流对输出的影响；电容C1为积分电容，该电容一方面可以调节三极管的导通上升时间，另一方面可调整整个电路的相位裕度以保证电路的稳定性；电阻R4用于调整三极管基极的电压值；运算放大器N1为低噪声运算放大器，可以降低输出电压的噪声电平，通过同相和反相的虚短虚断保证电路的正常工作；供电电源Vc2为正压电源，供电电源Vc3为负压电源，这两种电源为运算放大器N1供电，通过利用双电源供电也使得该电路通过调整之后可以提供负电稳压电路；电阻R2和电阻R3为比例电阻，通过该电阻可以调整输出电压的设定值；三极管V1提供输入输出电流通路，并提高输出电压与输入电压的噪声抑制比，降低输出电压噪声；磁珠Y2对输入电压进行噪声抑制，磁珠Y3对输出电压进行噪声抑制，最终保证输出低噪声稳压电源。

正电稳压电路的工作原理如下：

输出负载稳定时：参考电压Vc1产生的精准参考电压输入到运算放大器N1的反相端口，根据虚短可以算得输出电压Vout＝Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作。

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则运算放大器件N1正相端口的反馈电压为R2*Vout/(R2+R3)也随之增加，该正相端口电压与参考电压Vc1进行比较，其差值电压经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态。同理，当Vout输出电流增大时，也将使得输出电压保持在稳定状态。

在另一实施例子中，负电稳压电路的电路结构图如图2所示，该电路主要由参考电压源Vc1，供电电压源Vc2、供电电压源Vc3、磁珠Y1、磁珠Y2、磁珠Y3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和三极管V1组成，与正电稳压电路完全一样。

参考电压源Vc1提供高精度的参考电压值；磁珠Y1可以用来作为电源滤波器，降低参考电源的噪声对输出电压的影响；电阻R1、电阻R2与电阻R3通过运算放大器进行分压产生负电输出电压值；电容C1为积分电容，该电容一方面可以调节三极管的导通上升时间，另一方面可调整整个电路的相位裕度以保证电路的稳定性；电阻R4用于调整三极管基极的电压值；运算放大器N1为低噪声运算放大器，可以降低输出电压的噪声电平，通过同相和反相的虚短虚断保证电路的正常工作；供电电源Vc2为正压电源，供电电源Vc3为负压电源，这两种电源为运算放大器N1供电，利用负电供电特性可以使得积分后在三极管基极产生负电电压进而保证整个电路的正常工作；三极管V1提供输入输出电流通路，并提高输出电压与输入电压的噪声抑制比，降低输出电压噪声；磁珠Y2对输入电压进行噪声抑制，磁珠Y3对输出电压进行噪声抑制，最终保证输出低噪声稳压电源。

负电稳压电路的工作原理如下：

输出负载稳定时：参考电压Vc1产生的精准参考电压输入到运算放大器N1的反相端口，根据虚短可以算得输出电压Vout＝-Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作。

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则器件N1负相端口的反馈电流为Vout/(R2+R3)也随之增加，该负相端口电流的变化差值经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态。

同理，当Vout输出电流增大时即Vout减小，则器件N1负相端口的反馈电流为Vout/(R2+R3)也随之减小，该负相端口电流的变化差值经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压增大，从而增大输出端电流并减小三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压也将使得输出电压保持在稳定状态。

本发明采用完全相同的器件通过简单更改电路连接方式既可以实现正电稳压电路也可以实现负电稳压电路，减小射频电源电路的元器件种类，降低电路设计管理成本。

整个射频电源电路的输出噪声低，通过采用低噪声运算放大器以及在参考电压源、电压输入和电源输出端增加滤波元器件的设计方案，能够有效抑制低频电源噪声，降低输出端的电源噪声。

输入电压和输出电压的压差低，在最小0.2V的压差情况下就能保证整个电路的正常工作并且具有较大的电流输出能力，降低功耗提高电源工作效率。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，包括：稳压电路，所述稳压电路包括：

参考电压源，提供高精度的参考电压值，并输出至运算放大器，所述运算放大器并联有积分电容，运算放大器的输出端连接至三极管，输出电压经反馈电路反馈至运算放大器的输入端，通过积分电容的调节使得输出电压保持在稳定状态。

2.如权利要求1所述的一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，通过反馈电路的结构形式，稳压电路包括正电稳压电路和负电稳压电路。

3.如权利要求1或2所述的一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，所述正电稳压电路的反馈电路包括相并联的电阻R3及电容C2，相并联的电阻R3及电容C2再与电阻R2相串联后连接至运算放大器的输入端；

负电稳压电路的反馈电路包括相并联的电阻R3及电容C2再与电阻R2的一端共同连接至运算放大器的输入端，电阻R2的另一端接地。

4.如权利要求1所述的一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，参考电压源与运算放大器之间串联有电源滤波器，降低参考电源的噪声对输出电压的影响；

三极管的发射极串联有电源滤波器，三极管的集电极输出端串联有电源滤波器。

5.如权利要求4所述的一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，所述电源滤波器为磁珠。

6.如权利要求1所述的一种通用超低噪声射频电路的电源，其特征是，所述运算放大器为低噪声运算放大器，降低输出电压的噪声电平，通过同相和反相的虚短虚断保证电路的正常工作；正压电源及负压电源为运算放大器供电，通过利用双电源供电也使得该电路通过调整之后提供负电稳压电路。

7.一种通用超低噪声射频电路的电源的供电方法，其特征是，作为正电稳压电路，包括：

输出负载稳定时：参考电压源产生的精准参考电压Vc1输入到运算放大器的反相端口，根据虚短算得输出电压Vout＝Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作；

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则运算放大器件N1正相端口的反馈电压为R2*Vout/(R2+R3)也随之增加，该正相端口电压与参考电压Vc1进行比较，其差值电压经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态，同理，当Vout输出电流增大时，也将使得输出电压保持在稳定状态。

8.一种通用超低噪声射频电路的电源的供电方法，其特征是，作为负电稳压电路，包括：

输出负载稳定时：参考电压Vc1产生的精准参考电压输入到运算放大器N1的反相端口，根据虚短可以算得输出电压Vout＝-Vc1/R2*(R2+R3)，根据积分电路设计产生三极管V1的基极B端的电压值从而使三极管V1工作在放大区，电路正常工作；

输出负载变化时：当Vout的输出电流减小即Vout增大，则器件N1负相端口的反馈电流为Vout/(R2+R3)也随之增加，该负相端口电流的变化差值经过积分与比较放大之后使三极管V1的基极B端电压减小，从而减小输出端电流并增大三极管V1的发射极E与集电极C之间的电压，最终使得Vout下降进而维持Vout的稳定状态，同理，当Vout输出电流增大时，也将使得输出电压保持在稳定状态。

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