CN219085332U - 一种高电源抑制比的线性稳压器 - Google Patents

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廖鹏飞
李鹏
苟超
雷旭
刘文韬
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Abstract

本实用新型属于集成电路领域，特别涉及一种高电源抑制比的线性稳压器；所述线性稳压器包括误差运放、输出级、辅助电流源电路、功率管、反馈电阻以及负载电容；误差运放、输出级、功率管、反馈电阻和负载电容构成反馈环路，提供稳定的输出电压；辅助电流源电路用于将电源纹波传输到功率管栅极，抵消由功率管跨导和输出电阻通路引入的电源噪声耦合。本实用新型通过采用辅助电流源设计技术，可以大幅提升线性稳压器的电源抑制比性能。

Description

一种高电源抑制比的线性稳压器
技术领域
本实用新型属于集成电路领域，特别涉及一种高电源抑制比的线性稳压器。
背景技术
线性稳压器能够在较低的压差条件下，完成中、低功率的直流到直流电压转换，为核心器件供电，如图1所示，常规的线性稳压器包括误差运放、输出级、功率管、反馈电阻以及负载电容。对于高性能模拟器件例如AD/DA、频综、射频功放等应用领域，供电电源的噪声会对模拟器件的性能产生直接影响，需要线性稳压器对电源噪声具备很强的抑制能力。因此，提高线性稳压器的电源抑制比对高性能模拟器件具有重要意义。
对于PMOS功率管线性稳压器，功率管的源极连接输入电源，从电源端看为共栅极放大结构，为避免输入电源上的噪声通过功率管跨导放大并耦合到线性稳压器输出端，需要使功率管栅极与源极具备相等幅度的纹波变化量。图2为一种常见的线性稳压器电路结构，其输出级由M1、M2管组成，M2管与功率管MP组成电流镜结构，用于驱动功率管。由于M2管为二极管连接形式，因此M2管的栅极会跟随电源电压VIN动态变化，从而保证功率管的栅极和源极具备相等的纹波幅度，提高电源抑制比性能。
上述线性稳压器的缺点是只可以抑制由功率管跨导引起的电源耦合噪声，但是，由于沟道调制效应，功率管存在有限的输出电阻，电源的噪声可以通过功率管输出电阻耦合到输出端，并且随着特征尺寸的下降，MOS器件的沟道调制效应增强，对电源抑制比性能的影响更加显著。
实用新型内容
为提升线性稳压器的电源抑制比性能，本实用新型提出了一种新型的高电源抑制比线性稳压器，通过采用辅助电流源设计技术，可以有效的抑制电源噪声通过功率管的耦合，具有结构简单、功耗低的特点。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型提供了一种高电源抑制比线性稳压器，包括误差运放、输出级、辅助电流源电路、功率管、反馈电阻、负载电容。误差运放、输出级、功率管、反馈电阻和负载电容组成反馈环路，提供稳定的输出电压。辅助电流源电路用于将电源纹波传输到功率管栅极，抵消由功率管跨导和输出电阻通路引入的电源噪声耦合，提高电源抑制比性能。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本发明通过采用辅助电流源设计技术，可以大幅提升线性稳压器的电源抑制比性能；
(2)本发明电路结构简单，设计复杂度低；
(3)本发明电路偏置电流小，不显著增加系统功耗。
附图说明
为了使本发明的目的，技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为一种常见的线性稳压器框图；
图2为一种常见的线性稳压器电路结构图；
图3为本实用新型实施例的高电源抑制比线性稳压器框图；
图4为本实用新型实施例的高电源抑制比线性稳压器电路结构图；
图5为本实用新型实施例的高电源抑制比线性稳压器小信号电路图。
具体实施方式
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楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实用新型的实施例提供了一种高电源抑制比线性稳压器，如图3所示包括误差运放、输出级、辅助电流源电路、功率管、反馈电阻、负载电容；误差运放、输出级、功率管、反馈电阻和负载电容构成反馈环路，提供稳定的输出电压；辅助电流源电路用于将电源纹波传输到功率管栅极，抵消由功率管跨导和输出电阻通路引入的电源噪声耦合。
图4为本实用新型实施例的高电源抑制比线性稳压器电路结构图，如图4所示，在本实用新型实施例中：
所述反馈电阻包括RF1和RF2。RF1一端连接功率管MP漏极、负载电容CL，一端连接RF2、误差运放的-端，RF2一端连接GND。
所述负载电容CL一端连接功率管MP漏极、反馈电阻RF1，一端连接GND。
所述误差运放的-端连接反馈电阻RF1、RF2，+端连接基准电压VREF，输出端连接输出级M1管栅极、辅助电流源M3管栅极。
所述输出级包括M1和M2管。M1管漏极连接M2管栅极和漏极、辅助电流源M3管漏极、功率管MP栅极，源极连接GND。M2管源极连接电源VIN。
所述辅助电流源电路包括M3管，栅极连接误差运放输出、M1管栅极，漏极连接M1管漏极、M2管栅极和漏极、功率管MP栅极，源极连接电源VIN。
所述功率管MP源极连接VIN。
本实用新型实施例中，在如图2所示的原有线性稳压器基础上，本实用新型实施例另外引入NMOS管M3作为辅助电流源，为功率晶体管提供一个额外栅极到源极的路径。
图5为高电源抑制比线性稳压器小信号电路图，Y点为M1的栅极，X点为M2的漏级，其中gm1、gm2、gm3、gmp分别为M1、M2、M3、MP管的跨导。gds1、gds3、gdsp分别为M1、M3、MP管源漏极之间的跨阻。β为反馈系数，等于RF2/(RF1+RF2)。误差运放增益为AEA/(1+sRaCa)，其中AEA为误差运放增益，Ra、Ca为位于其输出节点的放大器主极点的电阻和电容。GL为输出端负载的跨阻，CL为负载电容。
本实用新型可以通过引入的辅助电流源电路，将辅助电流源电路M3的增益设计为功率级增益的倒数，抵消由功率管跨导和输出电阻通路引入的电源噪声耦合，提高电源抑制比性能。在线性稳压器工作中，随着负载电流降低，即功率级增益AMP增大，由于AMP反比于MP的栅源电压，功率管栅极电位升高，M1和M2中的电流减小。因此|VGS1|和|VGS2|电压下降，M3管栅源电压VGS3增大，漏源电压VDS3减小，M3管逐步进入线性区，使辅助电流源电路增益AM3降低。因此AMPAM3的乘积可以设计的近似为1，使辅助电流源电路增益随负载电流同步变化，提升线性稳压器在全负载下的电源抑制比性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，包括误差运放、输出级、辅助电流源电路、功率管、反馈电阻以及负载电容；误差运放、输出级、功率管、反馈电阻和负载电容构成反馈环路，提供稳定的输出电压；辅助电流源电路用于将电源纹波传输到功率管栅极，抵消由功率管跨导和输出电阻通路引入的电源噪声耦合。
2.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述反馈电阻包括RF1和RF2；RF1一端连接功率管MP漏极、负载电容CL，一端连接RF2、误差运放的-端，RF2一端连接GND。
3.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述负载电容CL一端连接功率管MP漏极、反馈电阻RF1，一端连接GND。
4.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述误差运放的-端连接反馈电阻RF1、RF2，+端连接基准电压VREF，输出端连接输出级M1管栅极、辅助电流源M3管栅极。
5.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述输出级包括M1和M2管；M1管漏极连接M2管栅极和漏极、辅助电流源M3管漏极、功率管MP栅极，源极连接GND；M2管源极连接电源VIN。
6.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述辅助电流源电路包括M3管，栅极连接误差运放输出、M1管栅极，漏极连接M1管漏极、M2管栅极和漏极、功率管MP栅极，源极连接电源VIN。
7.根据权利要求1所述的一种高电源抑制比的线性稳压器，其特征在于，所述功率管MP源极连接VIN。
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