CN117639472B - 一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及软启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及软启动方法，包含误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻、第二反馈电阻、低通滤波电阻、低通滤波电容和软启动加速电路。本发明通过简单的电路结构实现了在电源启动速度无论是快还是慢的情况下均能够实现基准软启动，并且通过一个电路同时实现了LDO基准的低噪声和软启动问题。

Description

一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及软启动方法

技术领域

本发明涉及一种基准软启动电路及软启动方法，特别是一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及软启动方法，属于半导体集成电路技术领域。

背景技术

LDO作为一种通用的线性电源产品，具有低成本，外围器件少，输出电压质量高等特点，其被广泛应用于各种各样的供电场景。就以当今社会应用最为广泛的智能手机应用场景为例，作为手机里重要的组件之一，摄像头感光元件对于电源的噪声特别敏感，噪声的大小将直接影响到成像的质量；同时在手机应用里，LDO前级供电的是电池或者是开关电源等。由于前级的电源包含大量的负载，所以对于LDO启动过程的电流过冲有严格要求，防止前级电源因LDO启动过程的大电流过冲而影响整个系统的供电。所以降低LDO输出的噪声同时降低启动过程中的过冲电流是LDO的一个亟待解决的问题。

现有的技术如图3所示，VREF为没有驱动能力的基准电压，需要经过缓冲级转换之后增加其驱动能力，同时改变其输出的电压值供后一级使用。为了降低缓冲器输出电压的噪声以及提高输出电压的电源抑制特性。该技术在缓冲器输出加上一个低通RC滤波器。该RC的带宽越小（RC常数大），则效果越好。当RC常数太大时，需要增加一个快速通路帮助输出快速建立，达到稳态后该快速启动通路关闭。该技术适用于电源启动速度比较快的情况，当电源启动速度非常慢的情况下，快速通路的控制信号将无法开启快启动管，导致RC滤波后的基准经历很长的爬坡时间，影响后一级使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及软启动方法，在电源启动速度无论是快还是慢的情况下均能够实现基准软启动。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，包含误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻、第二反馈电阻、低通滤波电阻、低通滤波电容和软启动加速电路，误差放大器的反向输入端连接基准电压，误差放大器的输出端与第一PMOS管的栅极和软启动加速电路的第一输入端连接并产生第一输入电压，第一PMOS管的源极连接电源VDD，第一PMOS管的漏极与第一反馈电阻的一端、软启动加速电路的第二输入端和低通滤波电阻的一端连接并产生第二输入电压，第一反馈电阻的另一端与第二反馈电阻的一端和误差放大器的同向输入端连接，第二反馈电阻的另一端接地，低通滤波电阻的另一端与软启动加速电路的输出端和低通滤波电容的一端连接并产生输出电压，低通滤波电容的另一端接地。

进一步地，所述软启动加速电路包含第二PMOS管、第一下拉电流源、反相器、第三PMOS管、充电电容、第二下拉电流源和第一NMOS管，第二PMOS管的栅极作为软启动加速电路的第一输入端，第二PMOS管的源极连接电源VDD，第二PMOS管的漏极与第一下拉电流源的一端和反相器的输入端连接，第一下拉电流源的另一端接地，反相器的输出端与第三PMOS管的栅极连接，第三PMOS管的源极与充电电容的一端连接并连接电源VDD，第三PMOS管的漏极与充电电容的另一端、第二下拉电流源的一端和第一NMOS管的栅极连接，第二下拉电流源的另一端接地，第一NMOS管的源极作为软启动加速电路的第二输入端，第一NMOS管的漏极作为软启动加速电路的输出端。

进一步地，所述反相器采用单数个反相器串联构成。

进一步地，所述反相器由同向器替代，第三PMOS管由第二NMOS管替代，第二NMOS管的漏极连接充电电容的一端并连接电源VDD，第二NMOS管的源极连接充电电容的另一端。

进一步地，所述同向器由任意数量的同向器串联构成。

进一步地，所述误差放大器的级数采用单级运放或者多级运放，误差放大器的结构采用二级运放结构或者共源共栅结构。

进一步地，所述低通滤波电阻采用第三电流源替代。

进一步地，所述第一NMOS管的源极或者漏极串接一个调整电阻。

一种与电源启动速度无关的基准软启动电路的软启动方法，包含以下步骤：

工作状态一：电源快速启动，第二输入电压快速上升至高于预设值，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间；

工作状态二：电源缓慢上升；

当第一输入电压低于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为低电平，此时第二PMOS管导通，第二PMOS管的上拉电流大于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为高电平；反相器的输出端为低电平，第三PMOS管导通并短接充电电容，此时第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通，从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用；

当第一输入电压高于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明提供了一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及其软启动方法，实现了基准软启动与电源的启动速度无关，即在电源启动速度无论是快还是慢的情况下均能够实现基准软启动，并且本发明的基准软启动电路结构简单；

2、本发明的与电源启动速度无关的基准软启动电路通过一个电路同时实现了LDO基准的低噪声和软启动问题。

附图说明

图1是本发明的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路的示意图。

图2是本发明的软启动加速电路的示意图。

图3是现有技术的LDO基准软启动电路的示意图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，包含误差放大器210、第一PMOS管202、第一反馈电阻204、第二反馈电阻205、低通滤波电阻207、低通滤波电容208和软启动加速电路211。误差放大器210的反向输入端连接基准电压201，误差放大器210的输出端与第一PMOS管202的栅极和软启动加速电路211的第一输入端连接并产生第一输入电压203，第一PMOS管202的源极连接电源VDD，第一PMOS管202的漏极与第一反馈电阻204的一端、软启动加速电路211的第二输入端和低通滤波电阻207的一端连接并产生第二输入电压206，第一反馈电阻204的另一端与第二反馈电阻205的一端和误差放大器210的同向输入端连接，第二反馈电阻205的另一端接地，低通滤波电阻207的另一端与软启动加速电路211的输出端和低通滤波电容208的一端连接并产生输出电压209，低通滤波电容208的另一端接地。

基准电压201由其他模块提供。第一反馈电阻204和第二反馈电阻205用于调节输出电压和基准电压的关系，通过调整反馈点212的位置，第二输入电压206可以比基准电压201大亦可以比基准电压201小。

在本发明的另一种实施例中，第一PMOS管202也采用采用NMOS管或者三极管来替代，相应的电路结构简单适应性调整即可，本申请不再赘述。

如图2所示，软启动加速电路211包含第二PMOS管301、第一下拉电流源302、反相器303、第三PMOS管304、充电电容305、第二下拉电流源306和第一NMOS管307，第二PMOS管301的栅极作为软启动加速电路211的第一输入端并连接第一输入电压203，第二PMOS管301的源极连接电源VDD，第二PMOS管301的漏极与第一下拉电流源302的一端和反相器303的输入端连接，第一下拉电流源302的另一端接地，反相器303的输出端与第三PMOS管304的栅极连接，第三PMOS管304的源极与充电电容305的一端连接并连接电源VDD，第三PMOS管304的漏极与充电电容305的另一端、第二下拉电流源306的一端和第一NMOS管307的栅极连接，第二下拉电流源306的另一端接地，第一NMOS管307的源极作为软启动加速电路211的第二输入端并连接第二输入电压206，第一NMOS管307的漏极作为软启动加速电路211的输出端并产生输出电压209。

其中，反相器303采用单数个反相器串联构成。

在本发明的另一种实施例中，反相器303由同向器替代，相应的，第三PMOS管304由第二NMOS管替代，此时，第二NMOS管的漏极连接充电电容305的一端并连接电源VDD，第二NMOS管的源极连接充电电容305的另一端。相应的，同向器由任意数量的同向器串联构成。

误差放大器210的级数采用单级运放或者多级运放，误差放大器的结构采用二级运放结构或者共源共栅结构。

在本发明的另一种实施例中，低通滤波电阻207采用第三电流源替代。

第二PMOS管301和第一PMOS管202的尺寸存在一定的比例关系，他们的尺寸和个数可以相同，也可以不同。

第一下拉电流源302和第二下拉电流源306可以使用NMOS管实现，也可以使用电阻实现，其具体电路结构为本领域公知技术常识，本申请不再赘述。

第一NMOS管307的源极或者漏极串接一个调整电阻，可以用来调整基准的启动速度。

一种与电源启动速度无关的基准软启动电路的软启动方法，包含以下步骤：

工作状态一：电源快速启动，第二输入电压快速上升至高于预设值，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间。

工作状态二：电源缓慢上升；

当第一输入电压低于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为低电平，此时第二PMOS管导通，第二PMOS管的上拉电流大于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为高电平；反相器的输出端为低电平，第三PMOS管导通并短接充电电容，此时第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通，从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用。

当第一输入电压高于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间。

本发明提供了一种与电源启动速度无关的基准软启动电路及其软启动方法，实现了基准软启动与电源的启动速度无关，即在电源启动速度无论是快还是慢的情况下均能够实现基准软启动，并且本发明的基准软启动电路结构简单；本发明的与电源启动速度无关的基准软启动电路通过一个电路同时实现了LDO基准的低噪声和软启动问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：包含误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻、第二反馈电阻、低通滤波电阻、低通滤波电容和软启动加速电路，误差放大器的反向输入端连接基准电压，误差放大器的输出端与第一PMOS管的栅极和软启动加速电路的第一输入端连接并产生第一输入电压，第一PMOS管的源极连接电源VDD，第一PMOS管的漏极与第一反馈电阻的一端、软启动加速电路的第二输入端和低通滤波电阻的一端连接并产生第二输入电压，第一反馈电阻的另一端与第二反馈电阻的一端和误差放大器的同向输入端连接，第二反馈电阻的另一端接地，低通滤波电阻的另一端与软启动加速电路的输出端和低通滤波电容的一端连接并产生输出电压，低通滤波电容的另一端接地；

所述软启动加速电路包含第二PMOS管、第一下拉电流源、反相器、第三PMOS管、充电电容、第二下拉电流源和第一NMOS管，第二PMOS管的栅极作为软启动加速电路的第一输入端，第二PMOS管的源极连接电源VDD，第二PMOS管的漏极与第一下拉电流源的一端和反相器的输入端连接，第一下拉电流源的另一端接地，反相器的输出端与第三PMOS管的栅极连接，第三PMOS管的源极与充电电容的一端连接并连接电源VDD，第三PMOS管的漏极与充电电容的另一端、第二下拉电流源的一端和第一NMOS管的栅极连接，第二下拉电流源的另一端接地，第一NMOS管的源极作为软启动加速电路的第二输入端，第一NMOS管的漏极作为软启动加速电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述反相器采用单数个反相器串联构成。

3.根据权利要求1所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述反相器由同向器替代，第三PMOS管由第二NMOS管替代，第二NMOS管的漏极连接充电电容的一端并连接电源VDD，第二NMOS管的源极连接充电电容的另一端。

4.根据权利要求3所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述同向器由任意数量的同向器串联构成。

5.根据权利要求1所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述误差放大器的级数采用单级运放或者多级运放，误差放大器的结构采用二级运放结构或者共源共栅结构。

6.根据权利要求1所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述低通滤波电阻采用第三电流源替代。

7.根据权利要求1所述的一种与电源启动速度无关的基准软启动电路，其特征在于：所述第一NMOS管的源极或者漏极串接一个调整电阻。

8.一种权利要求1-7任一项所述的与电源启动速度无关的基准软启动电路的软启动方法，其特征在于包含以下步骤：

工作状态一：电源快速启动，第二输入电压快速上升至高于预设值，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间；

工作状态二：电源缓慢上升；

当第一输入电压低于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为低电平，此时第二PMOS管导通，第二PMOS管的上拉电流大于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为高电平；反相器的输出端为低电平，第三PMOS管导通并短接充电电容，此时第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通，从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用；

当第一输入电压高于预设值时，受误差放大器、第一PMOS管、第一反馈电阻和第二反馈电阻构成的环路反馈调整，第一输入电压为高电平，此时第二PMOS管不导通，第二PMOS管的上拉电流小于第一下拉电流源的下拉电流，反相器的输入端为低电平；反相器的输出端为高电平，第三PMOS管不导通，此时第二下拉电流源开始对充电电容进行充电，充电电容在充电过程中时，第一NMOS管的栅极为高电平，第一NMOS管导通从而将低通滤波电阻短接，起到加速启动的作用，当充电电容充满电时，第一NMOS管的栅极变为低电平，第一NMOS管不导通，第二输入电压与输出电压之间由低通滤波电阻和低通滤波电容组成的低通滤波单元隔离，使输出电压具有低噪声和高电源抑制特性，并且充电电容的充电时间为软启动加速电路的延时工作时间。