CN117055671B - 低压差稳压器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种稳压器，具体涉及一种低压差稳压器。低压差稳压器获取电源电压，对电源电压进行稳压处理，输出稳压信号，低压差稳压器包括：超低噪声动态基准生成模块，超低噪声动态基准生成模块获取参考电压和稳压信号，并基于参考电压和稳压信号进行滤波处理产生超低噪声动态基准电压；误差放大器，误差放大器获取超低噪声动态基准电压和稳压信号，计算超低噪声动态基准电压与稳压信号之间的误差并放大误差，输出误差放大信号；功率放大器，功率放大器获取误差放大信号和电源电压，并根据误差放大信号和电源电压调整输出稳压信号，使得稳压信号最终与超低噪声动态基准电压相等。
Description
技术领域
本申请涉及一种稳压器，具体涉及一种低压差稳压器。
背景技术
图1示出了相关技术对模拟单元的供电结构示意图，从图1中可以看出相关技术通过电池或其他供电设备110产生电源Vin，但是在系统运行的不同阶段，电源Vin的电压会出现较大波动，不符合模拟单元130的负载要求，不可用于给模拟单元130直接供电，因此需通过图1中的低压差稳压器120对电源Vin进行稳压处理，以输出具有较低电压差的输出电压Vout给模拟单元130供电，同时在该低压差稳压器120内部还将输出电压Vout分压反馈给该低压差稳压器120以调整该输出电压Vout。
相关技术采用分压电阻将输出电压Vout分压反馈给低压差稳压器的输入端，但是该分压电阻会对输出电压Vout的输出噪声产生不利的影响，例如在室温条件下，100K电阻在100KHz带宽内产生的噪声电压为4μV，若系统对工作电流也有苛刻要求，那只能增加该分压电阻的阻值，这将导致更大的输出噪声。
发明内容
本申请提供了一种低压差稳压器，可以解决相关技术在低工作电流条件下无法实现具有超低输出噪声电压输出的问题。
为了解决上述技术问题，本申请提供一种低压差稳压器，所述低压差稳压器获取电源电压Vin，对所述电源电压Vin进行稳压处理，输出稳压信号Vout，所述低压差稳压器包括：
超低噪声动态基准生成模块，所述超低噪声动态基准生成模块获取参考电压Vref和所述稳压信号Vout，并基于所述参考电压Vref和所述稳压信号Vout进行滤波处理产生超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
误差放大器，所述误差放大器获取所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux和所述稳压信号Vout，计算所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux与所述稳压信号Vout之间的误差并放大所述误差，输出误差放大信号EA_out；
功率放大器，所述功率放大器获取所述误差放大信号EA_out和所述电源电压Vin，并根据所述误差放大信号EA_out和所述电源电压Vin调整输出稳压信号Vout，使得所述稳压信号Vout最终与所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux相等。
可选地，所述超低噪声动态基准生成模块包括：
第一放大器A1，所述参考电压Vref输入所述第一放大器A1的正相输入端，所述稳压信号Vout通过第一滤波电路连接所述第一放大器A1的反相输入端，所述第一放大器A1的输出端输出所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
所述第一放大器A1的输出端与反相输入端之间连接反馈调节电路，所述反馈调节电路将所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux通过第二滤波器进行滤波输出给所述第一放大器A1的反相输入端。
可选地，所述第一滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端与所述第一电容的一端相连用于输入所述稳压信号Vout，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的另一端相连并连接所述第一放大器A1的反相输入端。
可选地，所述第二滤波电路包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的一端与所述第二电容的一端相连并连接所述第一放大器A1的输出端，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的另一端相连并连接所述第一放大器A1的反相输入端。
可选地，所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的计算公式为：Vout_Aux＝Vdc+Vac，其中Vdc为所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压，Vac为所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压；
所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压Vdc的计算公式为：
其中，R1为所述第一电阻的电阻值，R2为所述第二电阻的电阻值，Vref_dc为所述参考电压Vref的直流电压，Vout_dc为所述稳压信号Vout的直流电压；
所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压Vac的计算公式为：
其中，Sc1为所述第一电容的电容值，sC2为所述第二电容的电容值，Vref_ac为所述参考电压Vref的交流电压，Vout_ac为所述稳压信号Vout的交流电压。
可选地，所述误差放大器包括：电流镜电路、差分电路和高阻抗低噪声输出电路；
所述电流镜电路用于提供镜像电流给所述差分电路；
所述差分电路用于获取所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux和所述稳压信号Vout，计算所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux与所述稳压信号Vout之间的误差并放大输出给所述高阻抗低噪声输出电路；
所述高阻抗低噪声输出电路用于提高所述误差的阻抗、降低所述误差的噪声并输出所述误差放大信号EA_out。
可选地，所述电流镜电路包括电流源、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2；
所述第一NMOS管N1的漏极连接所述电流源的输出端和所述第一NMOS管N1的栅极，所述第一NMOS管N1的栅极还连接所述第二NMOS管N2的栅极，所述第二NMOS管N2的漏极连接所述差分电路，第一NMOS管N1的源极和第二NMOS管N2的源极均接地。
可选地，所述差分电路包括第三NMOS管N3和第四NMOS管N4；
所述第三NMOS管N3的栅极用于接收所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
所述第四NMOS管N4的栅极用于接收所述稳压信号Vout；
所述第三NMOS管N3的源极和所述第四NMOS管N4的源极相连并连接所述第二NMOS管N2的漏极，所述第三NMOS管N3的漏极和所述第四NMOS管N4的漏极分别连接所述高阻抗低噪声输出电路。
可选地，所述高阻抗低噪声输出电路包括栅极相连的第一PMOS管P1与第二PMOS管P2、栅极相连的第三PMOS管P3与第四PMOS管P4、栅极相连的第五NMOS管N5与第六NMOS管N6、栅极相连的第七NMOS管N7与第八NMOS管N8，以及第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。
可选地，所述第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接所述第一PMOS管P1的源极，所述第一PMOS管P1的漏极连接所述第三PMOS管P3的源极，所述第三PMOS管P3的漏极连接所述第五NMOS管N5的漏极，所述第五NMOS管N5的源极连接所述第七NMOS管N7的漏极，所述第七NMOS管N7的源极连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端接地；
所述第四电阻R4的一端连接电源，另一端连接所述第二PMOS管P2的源极，所述第二PMOS管P2的漏极连接所述第四PMOS管P4的源极，所述第四PMOS管P4的漏极连接所述第六NMOS管N6的漏极，所述第六NMOS管N6的源极连接所述第八NMOS管N8的漏极，所述第八NMOS管N8的源极连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端接地；
所述第一PMOS管P1与所述第二PMOS管P2相连的栅极还连接所述第三PMOS管P3的漏极，所述第一PMOS管P1的漏极还连接所述第三NMOS管N3的漏极，所述第二PMOS管P2的漏极还连接所述第四NMOS管N4的漏极；
所述第四PMOS管P4的漏极为所述误差放大器220的输出端，用于输出误差放大信号EA_out。
本申请技术方案，至少包括如下优点：本申请能够在低工作电流条件下实现具有超低输出噪声电压输出的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了相关技术对模拟单元的供电结构示意图；
图2示出了本申请一实施例提供的低压差稳压器的结构框图；
图3示出了超低噪声动态基准生成模块的电路图；
图4示出了误差放大器的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
参照图2，其示出了本申请一实施例提供的低压差稳压器的结构框图，该低压差稳压器能够产生超低输出噪声的信号。
从图2中可以看出，该低压差稳压器用于获取电源电压Vin，对该电源电压Vin进行稳压处理，并输出稳压信号Vout。其中，该低压差稳压器包括：超低噪声动态基准生成模块210、误差放大器220和功率放大器230。
该超低噪声动态基准生成模块210用于获取参考电压Vref和由该低压差稳压器反馈的稳压信号Vout，并基于该参考电压Vref和稳压信号Vout进行滤波处理产生超低噪声动态基准电压Vout_Aux。
该误差放大器220用于获取该超低噪声动态基准电压Vout_Aux和由该低压差稳压器反馈的稳压信号Vout，该误差放大器220还用于计算该超低噪声动态基准电压Vout_Aux与该稳压信号Vout之间的误差并放大该误差，输出误差放大信号EA_out。
该功率放大器230用于获取该误差放大信号EA_out和电源电压Vin，该电源电压可以由背景技术中所述的电池或其他供电设备产生，该功率放大器230还用于根据该误差放大信号EA_out和该电源电压Vin调整输出稳压信号Vout，使得该稳压信号Vout最终与所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux相等。
可以理解的是，在前输出的稳压信号Vout反馈至超低噪声动态基准生成模块210和误差放大器220，在超低噪声动态基准生成模块210中与参考电压Vref进行滤波处理产生超低噪声动态基准电压Vout_Aux，由于该反馈路径不存在无源器件，因此能够避免引入无源器件产生的噪声，即使有更低工作电流要求，也无需为了满足该要求而引入更大的噪声。并且该超低噪声动态基准电压Vout_Aux与参考电压Vref配合产生经过滤波处理的超低噪声动态基准电压Vout_Aux，从而能够进一步降低该超低噪声动态基准电压Vout_Aux中的噪声，另外该误差放大器220能够比对超低噪声动态基准电压Vout_Aux与该在前输出的稳压信号Vout之间的误差并放大输出误差放大信号EA_out给功率放大器230，使得该功率放大器230能够根据该误差放大信号EA_out调整输出以产生调整后的稳压信号Vout，该调整后的稳压信号Vout更趋向于超低噪声动态基准电压Vout_Aux，经过以上所述的反馈调整过程使得稳压信号Vout最终与所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux相等，即稳压信号Vout的噪声被减小与超低噪声动态基准电压Vout_Aux一致。
参照图3，其示出了超低噪声动态基准生成模块的电路图，从图3中可以看出该超低噪声动态基准生成模块包括第一放大器A1，参考电压Vref输入该第一放大器A1的正相输入端，稳压信号Vout通过第一滤波电路310连接该第一放大器A1的反相输入端，第一放大器A1的输出端输出该超低噪声动态基准电压Vout_Aux。该第一放大器A1的输出端与该第一放大器A1的反相输入端之间连接反馈调节电路，该反馈调节电路将超低噪声动态基准电压Vout_Aux通过第二滤波器320进行滤波输出给该第一放大器A1的反相输入端。
其中，该第一滤波电路310包括第一电阻R1和第一电容C1，该第一电阻R1的一端与该第一电容C1的一端相连用于输入稳压信号Vout，该第一电阻R1的另一端与该第一电容C1的另一端相连并连接第一放大器A1的反相输入端。
第二滤波电路320包括第二电阻R2和第二电容C2，该第二电阻R2的一端与第二电容C2的一端相连并连接该第一放大器A1的输出端，该第二电阻R2的另一端与第二电容C2的另一端相连并连接该第一放大器A1的反相输入端。
该超低噪声动态基准电压Vout_Aux的计算公式为：Vout_Aux＝Vdc+Vac，其中Vdc为该超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压，Vac为该超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压。
该超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压Vdc的计算公式为：
其中，R1为该第一电阻的电阻值，R2为该第二电阻的电阻值，Vref_dc为该参考电压Vref的直流电压，Vout_dc为该稳压信号Vout的直流电压。
该超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压Vac的计算公式为：
其中，sC1为该第一电容的电容值，sC2为该第二电容的电容值，Vref_ac为该参考电压Vref的交流电压，Vout_ac为该稳压信号Vout的交流电压。
从以上可以看出该超低噪声动态基准电压Vout_Aux与参考电压Vref配合产生经过滤波处理的超低噪声动态基准电压Vout_Aux，从而能够降低该超低噪声动态基准电压Vout_Aux中的交流噪声。
参照图4，其示出了误差放大器的电路图，从图4中可以看出，该误差放大器220包括电流镜电路410、差分电路420和高阻抗低噪声输出电路430。
其中，该电流镜电路410用于提供镜像电流给该差分电路420。该电流镜电路410包括电流源、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2，该第一NMOS管N1的漏极连接该电流源的输出端和该第一NMOS管N1的栅极，该第一NMOS管N1的栅极还连接该第二NMOS管N2的栅极，该第二NMOS管N2的漏极连接差分电路420，第一NMOS管N1的源极和第二NMOS管N2的源极均接地。
该差分电路420用于获取该超低噪声动态基准电压Vout_Aux和稳压信号Vout，计算该超低噪声动态基准电压Vout_Aux与该稳压信号Vout之间的误差并放大输出给该高阻抗低噪声输出电路430。该差分电路420包括第三NMOS管N3和第四NMOS管N4，第三NMOS管N3的栅极用于接收超低噪声动态基准电压Vout_Aux，该第四NMOS管N4的栅极用于接收稳压信号Vout，第三NMOS管N3的源极和第四NMOS管N4的源极相连连接电流镜电路410第二NMOS管N2的漏极，第三NMOS管N3的漏极和第四NMOS管N4的漏极分别连接高阻抗低噪声输出电路430。
该高阻抗低噪声输出电路430用于提高误差的阻抗、降低误差的噪声并输出误差放大信号EA_out。该高阻抗低噪声输出电路430包括栅极相连的第一PMOS管P1与第二PMOS管P2、栅极相连的第三PMOS管P3与第四PMOS管P4、栅极相连的第五NMOS管N5与第六NMOS管N6、栅极相连的第七NMOS管N7与第八NMOS管N8，以及第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。
第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接第一PMOS管P1的源极，第一PMOS管P1的漏极连接第三PMOS管P3的源极，第三PMOS管P3的漏极连接第五NMOS管N5的漏极，第五NMOS管N5的源极连接第七NMOS管N7的漏极，第七NMOS管N7的源极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接地。
第四电阻R4的一端连接电源，另一端连接第二PMOS管P2的源极，第二PMOS管P2的漏极连接第四PMOS管P4的源极，第四PMOS管P4的漏极连接第六NMOS管N6的漏极，第六NMOS管N6的源极连接第八NMOS管N8的漏极，第八NMOS管N8的源极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端接地。
第一PMOS管P1与第二PMOS管P2相连的栅极还连接第三PMOS管P3的漏极，第一PMOS管P1的漏极还连接第三NMOS管N3的漏极，第二PMOS管P2的漏极还连接第四NMOS管N4的漏极。第四PMOS管P4的漏极为该误差放大器220的输出端，用于输出误差放大信号EA_out。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种低压差稳压器，所述低压差稳压器获取电源电压Vin，对所述电源电压Vin进行稳压处理，输出稳压信号Vout，其特征在于，所述低压差稳压器包括：
超低噪声动态基准生成模块，所述超低噪声动态基准生成模块获取参考电压Vref和所述稳压信号Vout，并基于所述参考电压Vref和所述稳压信号Vout进行滤波处理产生超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
误差放大器，所述误差放大器获取所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux和所述稳压信号Vout，计算所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux与所述稳压信号Vout之间的误差并放大所述误差，输出误差放大信号EA_out；
功率放大器，所述功率放大器获取所述误差放大信号EA_out和所述电源电压Vin，并根据所述误差放大信号EA_out和所述电源电压Vin调整输出稳压信号Vout，使得所述稳压信号Vout最终与所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux相等；
所述超低噪声动态基准生成模块包括：
第一放大器A1，所述参考电压Vref输入所述第一放大器A1的正相输入端，所述稳压信号Vout通过第一滤波电路连接所述第一放大器A1的反相输入端，所述第一放大器A1的输出端输出所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
所述第一放大器A1的输出端与反相输入端之间连接反馈调节电路，所述反馈调节电路将所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux通过第二滤波电路进行滤波输出给所述第一放大器A1的反相输入端；
所述第一滤波电路包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端与所述第一电容的一端相连用于输入所述稳压信号Vout，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的另一端相连并连接所述第一放大器A1的反相输入端；
所述第二滤波电路包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻的一端与所述第二电容的一端相连并连接所述第一放大器A1的输出端，所述第二电阻的另一端与所述第二电容的另一端相连并连接所述第一放大器A1的反相输入端。
2.如权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的计算公式为：Vout_Aux＝Vdc+Vac，其中Vdc为所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压，Vac为所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压；
所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的直流电压Vdc的计算公式为：
其中，R1为所述第一电阻的电阻值，R2为所述第二电阻的电阻值，Vref_dc为所述参考电压Vref的直流电压，Vout_dc为所述稳压信号Vout的直流电压；
所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux的交流电压Vac的计算公式为：
其中，Sc1为所述第一电容的电容值，sC2为所述第二电容的电容值，Vref_ac为所述参考电压Vref的交流电压，Vout_ac为所述稳压信号Vout的交流电压。
3.如权利要求1所述的低压差稳压器，其特征在于，所述误差放大器包括：电流镜电路、差分电路和高阻抗低噪声输出电路；
所述电流镜电路用于提供镜像电流给所述差分电路；
所述差分电路用于获取所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux和所述稳压信号Vout，计算所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux与所述稳压信号Vout之间的误差并放大输出给所述高阻抗低噪声输出电路；
所述高阻抗低噪声输出电路用于提高所述误差的阻抗、降低所述误差的噪声并输出所述误差放大信号EA_out。
4.如权利要求3所述的低压差稳压器，其特征在于，所述电流镜电路包括电流源、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2；
所述第一NMOS管N1的漏极连接所述电流源的输出端和所述第一NMOS管N1的栅极，所述第一NMOS管N1的栅极还连接所述第二NMOS管N2的栅极，所述第二NMOS管N2的漏极连接所述差分电路，第一NMOS管N1的源极和第二NMOS管N2的源极均接地。
5.如权利要求4所述的低压差稳压器，其特征在于，所述差分电路包括第三NMOS管N3和第四NMOS管N4；
所述第三NMOS管N3的栅极用于接收所述超低噪声动态基准电压Vout_Aux；
所述第四NMOS管N4的栅极用于接收所述稳压信号Vout；
所述第三NMOS管N3的源极和所述第四NMOS管N4的源极相连并连接所述第二NMOS管N2的漏极，所述第三NMOS管N3的漏极和所述第四NMOS管N4的漏极分别连接所述高阻抗低噪声输出电路。
6.如权利要求5所述的低压差稳压器，其特征在于，所述高阻抗低噪声输出电路包括栅极相连的第一PMOS管P1与第二PMOS管P2、栅极相连的第三PMOS管P3与第四PMOS管P4、栅极相连的第五NMOS管N5与第六NMOS管N6、栅极相连的第七NMOS管N7与第八NMOS管N8，以及第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。
7.如权利要求6所述的低压差稳压器，其特征在于，所述第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接所述第一PMOS管P1的源极，所述第一PMOS管P1的漏极连接所述第三PMOS管P3的源极，所述第三PMOS管P3的漏极连接所述第五NMOS管N5的漏极，所述第五NMOS管N5的源极连接所述第七NMOS管N7的漏极，所述第七NMOS管N7的源极连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端接地；
所述第四电阻R4的一端连接电源，另一端连接所述第二PMOS管P2的源极，所述第二PMOS管P2的漏极连接所述第四PMOS管P4的源极，所述第四PMOS管P4的漏极连接所述第六NMOS管N6的漏极，所述第六NMOS管N6的源极连接所述第八NMOS管N8的漏极，所述第八NMOS管N8的源极连接所述第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端接地；
所述第一PMOS管P1与所述第二PMOS管P2相连的栅极还连接所述第三PMOS管P3的漏极，所述第一PMOS管P1的漏极还连接所述第三NMOS管N3的漏极，所述第二PMOS管P2的漏极还连接所述第四NMOS管N4的漏极；
所述第四PMOS管P4的漏极为所述误差放大器的输出端，用于输出误差放大信号EA_out。
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