CN202475242U - 一种电源系统及应用于电源系统中的n阱电位切换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电源系统及应用于电源系统中的N阱电位切换电路，所述N阱电位切换电路由PMOS管实现，或者由NMOS管实现，所述N阱电位切换电路的两个输入端分别接串联的至少两个低压差线性稳压器中的其中两个低压差线性稳压器，所述N阱电位切换电路的输出电压为两个输入电压中的电位较高者，并将其输出到串联的至少两个低压差线性稳压器的最后一级的低压差线性稳压器的PMOS功率管的SUB电压端。采用上述电路解决了低噪声的多级电源系统中，N阱电位不确定导致的PN结漏电问题，以及避免了通过N阱寄生电容耦合噪声到电源而恶化电源噪声的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低噪声电源系统领域，更具体的说，涉及一种在电源系统中的N阱电位切换电路、一种电源系统。
背景技术
在射频以及高精度要求的系统中，均有低噪声指标要求。为了降低噪声干扰，射频模块的电源不会直接由外部电源提供，而是经过低压差线性稳压器（low dropout regulator,LDO）电路，转换成低噪声、高电源抑制比（Power supply rejection ration,PSRR）的电源。在对噪声要求更加苛刻的系统中，电源系统的电源会通过多级调整，一般两级LDO电路串联之后再给噪声敏感的模块供电。在用PMOS功率管做调整管的LDO电路中，为了避免LDO电源不确定时，PMOS的N阱电位没有在较高电平，而导致漏端和N阱形成的PN结导通和N阱噪声耦合恶化电源噪声，而提出了PMOS的N阱电位切换技术。
为了避免PN结导通，N阱电位一般是系统中的最高电位，在单级或者多级降压电路中，为了避免LDO电源不确定，PMOS的N阱电位通常会直接连接到外部电源VDD。在LDO电路中PMOS器件为提供大电流的调整管，因此PMOS器件的尺寸会比较大，PMOS器件的源或者漏端到N阱的寄生电容也会比较大，如果PMOS的N阱电位直接连接外部电源，噪声很容易通过Cdb（漏衬底端等效电容）或者Csb（源衬底端等效电容）耦合到LDO的输出电压端，而影响LDO的输出电压噪声。
发明内容
为了解决低噪声的多级电源系统中，N阱电位不确定导致的PN结漏电问题，以及避免N阱寄生电容耦合噪声到电源而恶化电源噪声的问题，本实用新型提出了一种N阱电位切换电路、一种电源系统以及一种N阱电位切换电路在低噪声电源系统的应用。
一种应用于电源系统中的N阱电位切换电路，所述电源系统包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接该系统的供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压；在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述电源系统的输出电压；其特征在于，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器，所述的N阱电位切换电路包括第一PMOS器件和第二PMOS器件，其中第一PMOS器件的源极和栅极分别接所述第一低压差线性稳压器和所述低噪声电源系统的输出端，第二PMOS器件的源极和栅极分别接所述低噪声电源系统的输出端和所述第一低压差线性稳压器，第一PMOS器件的漏极和第二PMOS器件的漏极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端；或者，所述的N阱电位切换电路包括第一NMOS器件和第二NMOS器件，其中第一NMOS器件的漏极和栅极接所述第一低压差线性稳压器，第二NMOS器件的漏极和栅极接所述低噪声电源系统的输出端，第一NMOS器件的源极和第二NMOS器件的源极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，第一NMOS器件和第二NMOS器件的衬底接地。
本实用新型还提出了一种电源系统，包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接该外部供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述低噪声电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述低噪声电源系统的输出电压；其特征在于，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器，所述的N阱电位切换电路包括第一PMOS器件和第二PMOS器件，其中第一PMOS器件的源极和栅极分别接所述第一低压差线性稳压器和所述低噪声电源系统的输出端，第二PMOS器件的源极和栅极分别接所述低噪声电源系统的输出端和所述第一低压差线性稳压器，第一PMOS器件的漏极和第二PMOS器件的漏极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端；或者，所述的N阱电位切换电路包括第一NMOS器件和第二NMOS器件，其中第一NMOS器件的漏极和栅极接所述第一低压差线性稳压器，第二NMOS器件的漏极和栅极接所述低噪声电源系统的输出端，第一NMOS器件的源极和第二NMOS器件的源极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，第一NMOS器件和第二NMOS器件的衬底接地。
本实用新型的有益效果：解决了多级LDO电源系统中,在LDO电源不确定时，PMOS的N阱电位不确定，导致PN结导通，带来的漏电问题，同时为了减小由于阱与源端或者漏端寄生电容耦合输出电压端的噪声。
附图说明
图1为一般的低噪声电源系统。
图2为包括本实用新型的N阱电位切换电路的低噪声电源系统。
图3（a）为本实用新型的由PMOS器件构成的N阱电位切换电路。
图3（b）为本实用新型的由NMOS器件构成的N阱电位切换电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
一般的低噪声电源系统框图如图1，其中模块1、模块2和模块3均为降压变换器LDO。模块1和模块2的供电电源为VDD，VA为模块1的输出，VA是经过一定的噪声抑制的电压。模块3以VA电压作为电源，输出电压VOUT给模块4，VOUT即为系统需要的低噪声电源。模块2模块为模块4提供预先需要的电压VOUT，而在模块4的功能满足需求之后，VOUT电压将会由模块3模块提供，为了避免模块2和模块3的相互影响，模块3工作稳定后，会关断模块2，此时存在VA电压建立与VOUT电压建立不一致的情况，在VA电压和VOUT电压建立过程中，必须要求保证模块3中的PMOS功率管（MP管）的SUB电压在合适的高电平，从而避免PN结导通带来的漏电问题。如果SUB连接到系统中的最高电压VDD，那么N阱电位始终为最高电平，不会带来PN结导通的漏电问题，但是由于外部电源VDD的噪声比较容易通过大尺寸PMOS功率管的寄生电容Cbs耦合到输出电压VOUT，从而恶化VOUT的噪声指标。
为此，本实用新型提出了一种简单易行的N阱电位切换电路，避免了PN结导通带来的漏电问题，同时也避免了通过N阱与源漏寄生电容耦合噪声，恶化输出电压噪声。
本实用新型针对低噪声电源系统提出了一种N阱电位切换电路。以两级低压差线性稳压器串联的电源系统为例，所述N阱电位切换电路与其它电路之间的连接关系如图2所示，其接收VA和VOUT作为输入，输出信号给模块3中的MP管的SUB。该N阱电位切换电路保证SUB在VA和VOUT电压中选择，并且选择VA和VOUT中的高电位，因此在模块3电路中，MP管的N阱电位始终为最高电平，不会导致PN结导通而产生漏电，同时由于SUB的电压在VA和VOUT之间选择，VA和VOUT电压均比外部电源VDD的噪声小，因此通过N阱寄生电容耦合到输出电压VOUT的噪声小，可以提供低噪声的VOUT电压给模块4模块。因此，本实用新型会最大限度降低通过N阱寄生电容耦合外部噪声到低噪声电源系统中。
图3中a和b给出了两种具体的N阱电位切换电路。图3 a 中的N阱电位切换电路由PMOS器件MP1和MP2构成，VA为图1中模块3的电源，VOUT为图1中模块3的输出（即模块4的电源），SUB为图1中模块3的MP管的N阱电位。VA电压比VOUT电压低时，MP2管开启，MP1管关断，SUB选择VOUT电压，当VA电压高于VOUT电压时，MP1管开启，MP2管关断，SUB选择VA电压，
图3 b中的N阱电位切换电路由NMOS器件MN1和MN2构成。当VA电压低于VOUT电压时，MN1管关断，MN2管开启，SUB选择VOUT电压，当VA电压高于VOUT电压时，MN1管开启，MN2管关断，SUB选择VA电压。
本实用新型适用于一切电源系统中，电源系统的电压变换器可以包含基于电感的开关变化器，或者基于电荷泵的开关变换器，适用于N阱电位存在不确定电压时的应用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于电源系统中的N阱电位切换电路，所述电源系统包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接该系统的供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压；在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述电源系统的输出电压；其特征在于，所述N阱电位切换电路包括第一PMOS器件和第二PMOS器件，所述第一PMOS器件的源极和栅极分别接所述第一低压差线性稳压器和所述电源系统的输出端，第二PMOS器件的源极和栅极分别接所述电源系统的输出端和所述第一低压差线性稳压器，第一PMOS器件的漏极和第二PMOS器件的漏极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器。
2.一种应用于电源系统中的N阱电位切换电路，所述电源系统包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接该系统的供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压；在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述电源系统的输出电压；其特征在于，所述N阱电位切换电路包括第一NMOS器件和第二NMOS器件，其中第一NMOS器件的漏极和栅极接所述第一低压差线性稳压器，第二NMOS器件的漏极和栅极接所述电源系统的输出端，第一NMOS器件的源极和第二NMOS器件的源极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，第一NMOS器件和第二NMOS器件的衬底接地，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器。
3.一种电源系统，包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接外部供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述低噪声电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述低噪声电源系统的输出电压，其特征在于，所述N阱电位切换电路包括第一PMOS器件和第二PMOS器件，其中第一PMOS器件的源极和栅极分别接所述第一低压差线性稳压器和所述电源系统的输出端，第二PMOS器件的源极和栅极分别接所述电源系统的输出端和所述第一低压差线性稳压器，第一PMOS器件的漏极和第二PMOS器件的漏极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述低噪声电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器。
4.一种电源系统，包括第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器、第三低压差线性稳压器和N阱电位切换电路，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器分别连接外部供电电源并分别输出第一电压和第二电压，第三低压差线性稳压器以所述第一电压为输入电源并输出第三电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定前，以所述第二电压作为所述电源系统的输出电压，在第三低压差线性稳压器工作稳定后，以第三电压作为所述电源系统的输出电压，其特征在于，所述N阱电位切换电路包括第一NMOS器件和第二NMOS器件，其中第一NMOS器件的漏极和栅极接所述第一低压差线性稳压器，第二NMOS器件的漏极和栅极接所述低噪声电源系统的输出端，第一NMOS器件的源极和第二NMOS器件的源极接第三低压差线性稳压器中的PMOS功率管的SUB电压端，第一NMOS器件和第二NMOS器件的衬底接地，所述N阱电位切换电路比较并选择所述第一电压和所述低噪声电源系统的输出电压中的较高者，将比较结果电压输出到第三低压差线性稳压器。
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