CN112558668B - 一种基于斩波技术的ldo电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于斩波技术的LDO电路，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M5，所述MOS管M1的栅极连接输入端Vbg，MOS管M1的源极连接MOS管M5的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3的漏极、MOS管M6的漏极和MOS管M9的栅极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极、MOS管M8的源极、MOS管M10的源极、MOS管M12的源极和电压VDD。本发明采用的结构简单，占用片上面积较小，更有利于便携式设备的使用。本发明的噪声性能优秀，可供给于低噪声需求的设备。

Description

一种基于斩波技术的LDO电路
技术领域
本发明涉及LDO电路领域，具体是一种基于斩波技术的LDO电路。
背景技术
如图1所示是一个斩波放大器的基本框架。这个放大器由一个斩波器CH1、一个放大器、另一个斩波器CH2以及一个低通滤波器组成，图1中下半部分(a)-(d)是正弦波输入时，各位置的理想波形。信号在进入放大器前，会被斩波器CH1调制到高频，被调制的信号会经过放大器放大(如图1(b)所示)，图中VOS表示放大器中等效在输入端的直流失调与1/f噪声。放大器通过斩波器的高频信号与处在低频区的信号VOS同时放大；经过斩波器CH2后，高频信号会被还原，而VOS会被调制到高频。在斩波完成后，处于信号通路上的低通滤波器会将调制在高频的VOS滤除，这样就消除了直流失调与1/f噪声的影响。
LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)具有低成本、低噪声，高电源抑制比、电路结构简单、静态电流小、成本低等优点。LDO的基本原理是通过对比带隙基准模块和负反馈网络控制环路而得到一个基本不随外部环境变化而变化的输出电压。LDO能够将变化的电源电压转换成稳定且噪声低的精确电压，以满足对于便携式设备中对噪声敏感的模拟模块和射频模块的需要。传统的低压差线性稳压器拥有较大的片外电容，无法将电容集成在芯片中，且随着便携式设备信号处理频率的不断提高和电源电压的持续降低，电源噪声对电子设备的影响越来越大。由于LDO自身噪声将直接转换为负载电路的电源噪声，因此设计低噪声LDO成为目前LDO研究中一个重要考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于斩波技术的LDO电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于斩波技术的LDO电路，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M5，所述MOS管M1的栅极连接输入端Vbg，MOS管M1的源极连接MOS管M5的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3的漏极、MOS管M6的漏极和MOS管M9的栅极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极、MOS管M8的源极、MOS管M10的源极、MOS管M12的源极和电压VDD，MOS管M5的栅极连接输入端Vbias、MOS管M8的栅极和MOS管M10的栅极，MOS管M3的源极连接MOS管M4的源极、MOS管M9的源极MOS管M11的漏极、电阻R2和地，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极和MOS管M2的漏极，MOS管M2的栅极连接电阻R1和电阻R2的另一端，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极和MOS管M7的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M8的漏极、MOS管M9的漏极和MOS管M11的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的源极和MOS管M12的栅极，MOS管M12的漏极连接电阻R1的另一端和输出端Vout。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5输入级放大电路组成输入级放大电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M1和MOS管M2组成PMOS差分输入对。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M8和MOS管M9组成输出级放大器。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M8为共源放大器。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M6和MOS管M7组成相位补偿电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述MOS管M6工作在线性区。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用的结构简单，占用片上面积较小，更有利于便携式设备的使用。本发明的噪声性能优秀，可供给于低噪声需求的设备。
附图说明
图1是斩波放大器的基本框架图。
图2是LDO电路图。
图3是斩波调制器电路图。
图4是开关管电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图2-4，一种基于斩波技术的LDO电路，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M5，所述MOS管M1的栅极连接输入端Vbg，MOS管M1的源极连接MOS管M5的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3的漏极、MOS管M6的漏极和MOS管M9的栅极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极、MOS管M8的源极、MOS管M10的源极、MOS管M12的源极和电压VDD，MOS管M5的栅极连接输入端Vbias、MOS管M8的栅极和MOS管M10的栅极，MOS管M3的源极连接MOS管M4的源极、MOS管M9的源极MOS管M11的漏极、电阻R2和地，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极和MOS管M2的漏极，MOS管M2的栅极连接电阻R1和电阻R2的另一端，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极和MOS管M7的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M8的漏极、MOS管M9的漏极和MOS管M11的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的源极和MOS管M12的栅极，MOS管M12的漏极连接电阻R1的另一端和输出端Vout。
如图2所示，本发明主运放采用了简单的差动放大器实现，在差动放大器的pmos输入与输出端分别加入了斩波器输入级放大电路由M1～M5组成。M1和M2组成PMOS差分输入对，差分输入与单端输入相比可以有效抑制共模信号干扰；M3、M4电流镜为有源负载；M5为第一级提供恒定偏置电流。输出级放大电路由M8、M9组成。M8为共源放大器，M9为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载。相位补偿电路由M6与M7构成。M6工作在线性区，可等效为一个电阻，与MOS电容一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿，且误差放大器中使用的米勒补偿在对环路进行补偿的同时也是一个低通滤波器。第三级为pmos的源跟随器，其能够帮助稳定器稳定并提高电路的瞬态响应。第四级为pmos输出管与两个反馈电阻组成。
实施例2：在实施例1的基础上：斩波调制器电路如图3所示，需要考虑电荷注入与时钟馈通效应的影响以及导通电阻是否能够满足信号的建立件。采用带虚拟管的CMOS开关斩波器有助于抵消部分电荷注入与时钟馈通效应，虚拟管置于开关管两侧，源漏相接，宽长比为开关管的1/2，具体电路如图4所示。图4开关和斩波器由于小的开关尺寸能减小时钟溃通效应。所以，输入端斩波开关CHL1采用较小尺寸的NMOS管。为减小导通电阻引起的压降，在低阻点的斩波开关CHH1a、CHH1b分别取的较大尺寸。使用3个斩波器ch1-ch3来实现斩波调制。在二级运放中使用斩波器ch1和ch2来降低输入差分对(M3,M4)的失配，斩波器ch3用于降低1/f噪声，后通过M6与M7组成的低通滤波器，对LDO的直流失调与1/f噪声进行消除。通过斩波技术作用于LDO，使其噪声性能有了很大的提高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种基于斩波技术的LDO电路，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3和MOS管M5，其特征在于，所述MOS管M1的栅极连接输入端Vbg，MOS管M1的源极连接MOS管M5的漏极和MOS管M2的源极，MOS管M1的漏极连接MOS管M3的漏极、MOS管M6的漏极和MOS管M9的栅极，MOS管M5的源极连接MOS管M6的漏极、MOS管M8的源极、MOS管M10的源极、MOS管M12的源极和电压VDD，MOS管M5的栅极连接输入端Vbias、MOS管M8的栅极和MOS管M10的栅极，MOS管M3的源极连接MOS管M4的源极、MOS管M9的源极MOS管M11的漏极、电阻R2和地，MOS管M3的栅极连接MOS管M4的栅极和MOS管M2的漏极，MOS管M2的栅极连接电阻R1和电阻R2的另一端，MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极和MOS管M7的源极，MOS管M7的栅极连接MOS管M8的漏极、MOS管M9的漏极和MOS管M11的栅极，MOS管M10的漏极连接MOS管M11的源极和MOS管M12的栅极，MOS管M12的漏极连接电阻R1的另一端和输出端Vout；
MOS管M1和MOS管M2组成PMOS管MOS差分输入对，MOS管M3、MOS管M4电流镜为有源负载；MOS管M5为第一级提供恒定偏置电流，输出级放大电路由MOS管M8、MOS管M9组成，MOS管M8为共源放大器，MOS管M9为其提供恒定偏置电流同时作为第二级输出负载，相位补偿电路由MOS管M6与MOS管M7构成，MOS管M6工作在线性区，与MOS管MOS电容一起跨接在第二级输入输出之间，构成RC密勒补偿，且误差放大器中使用的米勒补偿在对环路进行补偿的同时也是一个低通滤波器，第三级为pMOS管Mos的源跟随器，其能够帮助稳定器稳定并提高电路的瞬态响应，第四级为pMOS管Mos输出管与两个反馈电阻组成；
还使用3个斩波器ch1-ch3实现斩波调制，在二级运放中使用斩波器ch1和ch2降低输入差分对MOS管M3和MOS管M4的失配，斩波器ch3用于降低1/f噪声，后通过MOS管M6与MOS管M7组成的低通滤波器，对LDO的直流失调与1/f噪声进行消除。
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