CN211149306U - 一种低噪声宽带宽ldo电路结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种低噪声宽带宽LDO电路结构，本实用新型提出了一种低噪声、工作稳定的LDO拓扑结构，通过设置基准源、运算放大器、低通滤波器以及电压跟随器；基准源输出端连接运算放大器，运算放大器的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器输入端。本实用新型所设计的LDO结构能够有效抑制由基准源产生的电阻反馈网络放大的噪声，滤波电路由于使用高阻抗器件，大大减小滤波电容体积，超级源随结构减小输出阻抗，使反馈贿赂极点后移，增加系统带宽，另外增加RC电路增加系统零点，提高相位裕度，增加系统稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源稳压器技术领域，特别是一种低噪声宽带宽LDO电路结构。
背景技术
LDO是一种重要的电源稳压器，因其能实现接近于1的电压变换比以及具备体积小、纹波低、外接元件少、价格便宜的特点，被大量应用于电子产品的电源供应中。随着便携式电子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的输出噪声将直接转为负载电路的电源噪声，因此设计低噪声LDO成为目前LDO的一个重要的发展方向。
如图1所示，现有技术中LDO由基准与偏置电路、误差放大器、调整管、电阻分配网络组成，其噪声构成主要包括带隙基准源输出等效噪声、误差放大器等效输入噪声，电阻分配网络输出电压噪声及调整管电流噪声。由于调整管通常具有较大电流及较大的尺寸，其热噪声及1/f噪声都较小，对输出端噪声贡献基本可忽略。LDO噪声主要受R2/R1、基准源输出噪声、误差放大器输入等效噪声影响。
针对带隙基准源，通常会在其输出端加一个较大的旁路电容进行噪声滤波，但无片结构通常会增大芯片体积，还会缩短基准源的启动时间。分压电阻网络上的电压噪声因接入放大器输入端而被环路放大，因此大都尽量减小电阻以遏制噪声，但是反馈电阻越小，与负载分流越大，损耗越大，供电效率越低。而误差放大器由于增益较大，其后面的器件，比如通路器件的噪声都将被抑制，其噪声不能通过增加外部器件来减小。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种低噪声宽带宽LDO电路结构，旨在解决现有技术中LDO电路存在噪声大以及稳定性低的问题，实现对基准源噪声及输出电压噪声的有效抑制，增加电路回路带宽，提高稳定性。
为达到上述技术目的，本实用新型提供了一种低噪声宽带宽LDO电路结构，所述电路结构包括：
基准源、运算放大器OP1、低通滤波器以及电压跟随器OP2；
基准源输出端连接运算放大器OP1，OP1的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器OP2输入端。
优选地，所述基准源包括偏置电路、启动电路和内部放大器，M101、M102、M103组成启动电路，M131-M1311以及电阻R16组成偏置电路，内部放大器为两级运算放大器，第一级M111-M116实现高增益，第二级M117、M118实现宽摆幅。
优选地，所述低通滤波器为低截止频率的低通滤波器，当M203的栅极和源端接地时，M202的宽长比大于M201，M201的源漏端等效为一个GΩ级的电阻。
优选地，所述电压跟随器OP2包括：
基础电压跟随器由M301-M307差分电路组成，输出端串接的超级源随由M309、M310、R32组成，其输出阻抗为1/gm 2R数量级，输出端并联R31、C31，为系统增加一个新的零点。
实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本实用新型提出了一种低噪声、工作稳定的LDO拓扑结构，通过设置基准源、运算放大器、低通滤波器以及电压跟随器；基准源输出端连接运算放大器，运算放大器的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器输入端。本实用新型所设计的LDO结构能够有效抑制由基准源产生的电阻反馈网络放大的噪声，滤波电路由于使用高阻抗器件，大大减小滤波电容体积，超级源随结构减小输出阻抗，使反馈贿赂极点后移，增加系统带宽，另外增加RC电路增加系统零点，提高相位裕度，增加系统稳定性。
附图说明
图1为本实用新型实施例中所提供的一种低噪声宽带宽LDO电路结构原理示意图；
图2为本实用新型实施例中所提供的基准源电路结构图；
图3为本实用新型实施例中所提供的低通滤波器电路结构图；
图4为本实用新型实施例中所提供的电压跟随器电路结构图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
下面结合附图对本实用新型实施例所提供的一种低噪声宽带宽LDO电路结构进行详细说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种低噪声宽带宽LDO电路结构，所述电路结构包括：
基准源、运算放大器OP1、低通滤波器以及电压跟随器OP2；
基准源输出端连接运算放大器OP1，OP1的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器OP2输入端。
设计高精度基准源，本实用新型实施例中采用基于曲率补偿结构的带隙基准源，基准源电路如图2所示，包括偏置电路、启动电路和内部放大器，M101、M102、M103组成启动电路，M101由于栅极接地，所以处于常导通状态，上电后，M102导通，并将M124栅极电势拉低，基准源开始工作。由于M124漏极电势置高，因此M103导通，其漏极电势拉低，M102截止，启动电路不工作，对基准源电路没有影响。
基准源的内部放大器使用基本两级运算放大器，第一级M111-M116实现高增益，第二级M117、M118实现宽摆幅，其输出电压表示为VREF1，基准源输出电压表示为VREF2。
电阻R16用于调节所需偏置电压，M101-M103组成启动电路为启动电路，上电后，M132导通，M134栅极电势降低，偏置电路工作，产生的偏置电压表示为Vb1、Vb2。电路正常工作后，M133导通使M132导通截止，启动电路不工作。
对于低通滤波器，低截止频率需要RC乘积足够大，但电容过大会增大芯片面积。因此可使用高阻值电阻，如图3所示。M203的栅极和源端接地，产生极小的泄露电流，则M202的栅源电压较低，M203的栅源端电压也较低，令M202的宽长比远大于M201。此时M201的源漏端等效为一个GΩ级的电阻，至此便获得低截止频率的低通滤波器。
对于电压跟随器，如图4所示，基础电压跟随器由M301-M307差分电路组成，输出端串接的超级源随由M309、M310、R32组成，其输出阻抗为1/gm 2R数量级，从而降低电压跟随器输出阻抗。输出端并联R31、C31，为系统增加一个新的零点，从而增加了电压跟随器的相位裕度，增大带宽，尽量减小其极点对LDO环路特性的影响。
高精度基准源在经运算放大器OP1放大后，便得到更高电位的参考电压，使用低通滤波器滤除噪声，只要低通滤波器截止频率足够低，便能滤除大部分频带范围内由基准源及初级运算放大器OP1产生的噪声，为后级电路提供无噪声参考电压。
低通滤波器的输出电压直接连接到电压跟随器OP2输入端，与参考电压进行比较，由于输出电压不需经过反馈电阻网络放大，进而降低由输出电压引入的电压噪声。因为功率栅极存在寄生大电容，为提高寄生极点频率，电压跟随器输出阻抗越小越好。因此可应用超级源随结构的电压跟随器，为了增大电压跟随器带宽使其不影响LDO环路特性，引入带宽补偿电路以增加系统零点，增加相位裕度。
本实用新型提出了一种低噪声、工作稳定的LDO拓扑结构，通过设置基准源、运算放大器、低通滤波器以及电压跟随器；基准源输出端连接运算放大器，运算放大器的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器输入端。本实用新型所设计的LDO结构能够有效抑制由基准源产生的电阻反馈网络放大的噪声，滤波电路由于使用高阻抗器件，大大减小滤波电容体积，超级源随结构减小输出阻抗，使反馈贿赂极点后移，增加系统带宽，另外增加RC电路增加系统零点，提高相位裕度，增加系统稳定性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种低噪声宽带宽LDO电路结构，其特征在于，所述电路结构包括：
基准源、运算放大器OP1、低通滤波器以及电压跟随器OP2；
基准源输出端连接运算放大器OP1，OP1的输出端连接低通滤波器，低通滤波器的输出电压连接至电压跟随器OP2输入端。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声宽带宽LDO电路结构，其特征在于，所述基准源包括偏置电路、启动电路和内部放大器，M101、M102、M103组成启动电路，M131-M1311以及电阻R16组成偏置电路，内部放大器为两级运算放大器，第一级M111-M116实现高增益，第二级M117、M118实现宽摆幅。
3.根据权利要求1所述的一种低噪声宽带宽LDO电路结构，其特征在于，所述低通滤波器为低截止频率的低通滤波器，当M203的栅极和源端接地时，M202的宽长比大于M201，M201的源漏端等效为一个GΩ级的电阻。
4.根据权利要求1所述的一种低噪声宽带宽LDO电路结构，其特征在于，所述电压跟随器OP2包括：
基础电压跟随器由M301-M307差分电路组成，输出端串接的超级源随由M309、M310、R32组成，其输出阻抗为1/gm 2R数量级，输出端并联R31、C31，为系统增加一个新的零点。
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|---|---|---|---|---|
| CN113037057A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-25 | 电子科技大学 | 一种具有高共模噪声抑制能力的ldo和驱动电路 |
| CN114356016A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 上海兴赛电子科技有限公司 | 低功耗cmos超宽温度范围瞬态增强型ldo电路 |
| WO2022082656A1 (zh) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 低压差线性稳压器和供电电路 |
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2019
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