CN210924313U - 利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关‑线性稳压器，包括：低压差线性稳压器；电荷泵，所述电荷泵与低压差线性稳压器连接以驱动低压差线性稳压器的工作；反馈控制电路，所述反馈控制电路采集低压差线性稳压器的电压大小并反馈至电荷泵，电荷泵的输入不是固定值，而是根据低压差线性稳压器的电压大小利用负反馈来调整，从而稳定了电路参数。其具有更高的电源抑制率，稳定性好，应用广泛。

Description

利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器

技术领域

本发明涉及线性稳压芯片技术领域，具体涉及一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器。

背景技术

为了实现更高的集成度，密集的数字电路越来越靠近敏感的模拟模块，因此SoC解决方案被数字电路，RF模块和DC-DC转换器产生的开关噪声所淹没。在这种恶劣的环境中，线性稳压器必须保护对噪声敏感的模拟模块，使其免受耦合电源噪声的影响，所以要求线性稳压器在宽频率范围内具有高电源抑制比(PSRR，PowerSupplyRejectionRatio)性能，除此之外这些稳压器还需要具有低压差特性，以使其能够在最新CMOS工艺的低电源电压下工作。最后，这些线性稳压器需要稳定并且在不使用外部电容器的情况下能抑制噪声，并仅使用面积有限的片上电容器。

低压差线性稳压器因为其工作电压小、电路结构简单、占用芯片面积小和输出噪声低和应用简单的特点，是电源管理电路中重要组成部分。低压差线性稳压器电路能够为模拟电路和射频电路等噪声敏感电路提供低输出噪声的电源和较好电源抑制率，因而被广泛应用于。随着集成电路的快速发展，芯片工作频率不断提高，低压差线性稳压器电路的电源抑制率也随之降低。电源噪声通过低压差线性稳压器电路影响整个系统的性能，导致系统不能满足在高频工作环境的应用要求。

如图1所示，为基本的低压差线性稳压器结构，其中，第一放大器A1的两个输入分别是来自带隙基准电压源的参考电压Vref和输出电压Vout经过反馈网络的电压Vf，第一放大器输出驱动第一功率管Mp，在Mp漏极产生输出电压 Vout。输入电压Vin通过Mp直接耦合到输出，导致该结构电源抑制率较低。

因此，提高低压差线性稳压器电路的电源抑制率是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其具有更高的电源抑制率，稳定性好，应用广泛。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，包括：低压差线性稳压器；

电荷泵，所述电荷泵与低压差线性稳压器连接以驱动低压差线性稳压器的工作；

反馈控制电路，所述反馈控制电路采集低压差线性稳压器的电压大小并反馈至电荷泵。

作为优选的，所述低压差线性稳压器包括第一放大器A1、第一功率管Mp、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一功率管Mp的漏极与第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1 的第二端与第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端接地，所述第一功率管Mp的漏极为稳压器的输出端；

所述第一放大器A1的负向输入端输入参考电压Vref，所述第一放大器A1 的的负向输入端与第一电阻R1的第二端连接。

作为优选的，所述反馈控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二放大器A2、第三放大器A3、第二功率管Mp1和恒流源；

所述第一功率管Mp的源极与第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3 的第二端与第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端接地；

所述第二放大器A2的正向输入端与第一电阻R1的第二端连接，所述第二放大器A2的负向输入端与恒流源的正极连接，所述恒流源的负极接地；

所述第三放大器A3的负向输入端与第二放大器A2的输出端连接，所述第三放大器A3的正向输入端与第三电阻R3的第二端连接；

所述恒流源的正极与第三放大器A3的负向输入端之间还设置有第五电阻 R5；

所述第二功率管Mp1的栅极与第三放大器A3的输出端连接，所述第二功率管Mp1的源极接参考电压Vref，所述第二功率管Mp1的漏极与电荷泵的输入端连接。

作为优选的，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4 满足R3/R4＝R1/R2＝K。

作为优选的，还包括共源极预调整电路，所述共源极预调整电路位于电荷泵与低压差线性稳压器之间；

所述共源极预调整电路包括第三功率管Mn，所述第三功率管Mn与第一功率管Mp共源极，所述第三功率管Mn的栅极与电荷泵的输出端连接，所述第三功率管Mn的漏极接有输入电压Vin。

作为优选的，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路位于电荷泵与共源极预调整电路之间。

作为优选的，所述低通滤波电路包括第六电阻R6和第一电容C1，所述第六电阻的第一端与电荷泵的输出端连接，所述第六电阻R6的第二端和第一电容C1的第一端皆与第三功率管Mn的栅极连接，所述第一电容C1的第二端接地。

本发明的有益效果：

1、本发明所提出的低压差线性稳压器相比传统的低压差线性稳压器有更高的电源抑制率。

2、本发明所提出的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，不会受到工艺变化的影响电路参数稳定，可以精确控制，在极端情况下仍然可以正常工作，稳定性好，从而可以得到更广泛的应用。

附图说明

图1为背景技术中传统的低压差线性稳压器电路图；

图2为本发明的电路示意图；

图3为本发明的反馈控制电路、低通滤波电路和共源极预调整电路的示意图。

图中标号说明：1、反馈控制电路；2、电荷泵；3、低通滤波电路；4、共源极预调整电路；5、低压差线性稳压器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图2和图3所示，本发明公开了一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，包括低压差线性稳压器5、电荷泵2和反馈控制电路1。电荷泵2与低压差线性稳压器1连接以驱动低压差线性稳压器1的工作。反馈控制电路1采集低压差线性稳压器的电压大小并反馈至电荷泵。本发明提出一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其有效的提高了传统电压差线性稳压器的电源抑制率，并且可以精确控制，不受工艺影响。

低压差线性稳压器包括第一放大器A1、第一功率管Mp、第一电阻R1和第二电阻R2。第一功率管Mp的漏极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1 的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端接地，第一功率管Mp的漏极为稳压器的输出端。第一放大器A1的负向输入端输入参考电压 Vref，第一放大器A1的的负向输入端与第一电阻R1的第二端连接。

反馈控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二放大器 A2、第三放大器A3、第二功率管Mp1和恒流源。第一功率管Mp的源极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端接地；第二放大器A2的正向输入端与第一电阻R1的第二端连接，第二放大器A2的负向输入端与恒流源的正极连接，恒流源的负极接地。第三放大器A3的负向输入端与第二放大器A2的输出端连接，第三放大器A3 的正向输入端与第三电阻R3的第二端连接。恒流源的正极与第三放大器A3的负向输入端之间还设置有第五电阻R5。第二功率管Mp1的栅极与第三放大器A3 的输出端连接，第二功率管Mp1的源极接参考电压Vref，第二功率管Mp1的漏极与电荷泵的输入端连接。若不设置本发明中的反馈控制电路，由于电荷泵增益受工艺变化影响严重，电荷泵输出电压很难精确控制，导致第一功率管Mp 的漏源电压随工艺变化，从而电路参数有较大不一致，甚至在极端情况不能正常工作。本发明中的反馈控制电路使得电荷泵输入不是固定值，而是根据第一功率管Mp漏源电压的大小利用负反馈来调整，从而稳定了电路参数。让功率管MP的漏源电压值可以精确控制，不受工艺影响。

第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4满足R3/R4＝R1/R2＝K。

本发明还包括共源极预调整电路4，共源极预调整电路位于电荷泵与低压差线性稳压器之间。共源极预调整电路包括第三功率管Mn，第三功率管Mn与第一功率管Mp共源极，第三功率管Mn的栅极与电荷泵的输出端连接，第三功率管Mn的漏极接有输入电压Vin。

本发明还包括低通滤波电路3，低通滤波电路3位于电荷泵2与共源极预调整电路4之间。低通滤波电路包括第六电阻R6和第一电容C1，第六电阻的第一端与电荷泵的输出端连接，第六电阻R6的第二端和第一电容C1的第一端皆与第三功率管Mn的栅极连接，第一电容C1的第二端接地。低通滤波电路隔离第三功率管Mn的漏极接有输入电压Vin和第一功率管Mp的源级，因此有效增强了电源抑制率。

本发明的工作原理是：本发明的反馈控制电路1中输入电荷泵不是固定值，而是根据低压差线性稳压器的第一功率管Mp漏源电压的大小利用负反馈来调整，从而稳定了电路参数。输出电压通过反馈网络R1、R2产生反馈电压Vf， Mp源级电压Vr通过电阻R3、R4产生电荷泵环路反馈电压Vd。放大器A2将反馈电压Vf移位到Vfi，Vfi＝Vf+R5*Ib。Ib为恒流源大小。第三放大器A3作为电荷泵环路的误差放大器，驱动第一功率管Mp1栅极，Mp1的源级接到参考电压Vref上，漏极接电荷泵输入。电荷泵2环路增益足够大，导致Vfi＝Vd，设计R3/R4＝R1/R2＝K，这样功率管的漏源电压Vr-Vout＝R5*Ib*(1+K)，漏源电压值可以精确控制，不受工艺影响。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，包括：

低压差线性稳压器；

电荷泵，所述电荷泵与低压差线性稳压器连接以驱动低压差线性稳压器的工作；

反馈控制电路，所述反馈控制电路采集低压差线性稳压器的电压大小并反馈至电荷泵。

2.如权利要求1所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括第一放大器A1、第一功率管Mp、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第一功率管Mp的漏极与第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端接地，所述第一功率管Mp的漏极为稳压器的输出端；

所述第一放大器A1的负向输入端输入参考电压Vref，所述第一放大器A1的负向输入端与第一电阻R1的第二端连接。

3.如权利要求2所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，所述反馈控制电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二放大器A2、第三放大器A3、第二功率管Mp1和恒流源；

所述第一功率管Mp的源极与第三电阻R3的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端接地；

所述第二放大器A2的正向输入端与第一电阻R1的第二端连接，所述第二放大器A2的负向输入端与恒流源的正极连接，所述恒流源的负极接地；

所述第三放大器A3的负向输入端与第二放大器A2的输出端连接，所述第三放大器A3的正向输入端与第三电阻R3的第二端连接；

所述恒流源的正极与第三放大器A3的负向输入端之间还设置有第五电阻R5；

所述第二功率管Mp1的栅极与第三放大器A3的输出端连接，所述第二功率管Mp1的源极接参考电压Vref，所述第二功率管Mp1的漏极与电荷泵的输入端连接。

4.如权利要求3所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4满足R3/R4＝R1/R2＝K。

5.如权利要求2所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，还包括共源极预调整电路，所述共源极预调整电路位于电荷泵与低压差线性稳压器之间；

所述共源极预调整电路包括第三功率管Mn，所述第三功率管Mn与第一功率管Mp共源极，所述第三功率管Mn的栅极与电荷泵的输出端连接，所述第三功率管Mn的漏极接有输入电压Vin。

6.如权利要求5所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路位于电荷泵与共源极预调整电路之间。

7.如权利要求6所述的利用电荷泵增强电源抑制率的混合型开关-线性稳压器，其特征在于，所述低通滤波电路包括第六电阻R6和第一电容C1，所述第六电阻的第一端与电荷泵的输出端连接，所述第六电阻R6的第二端和第一电容C1的第一端皆与第三功率管Mn的栅极连接，所述第一电容C1的第二端接地。

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