增强输入电源纹波抑制能力的电路及低压差线性稳压器
2025-02-24 20:21
No.1343679305473073152
技术概要
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本公开的实施例提供一种增强输入电源纹波抑制能力的电路及低压差线性稳压器,增强输入电源纹波抑制能力的电路包括:电阻型缓冲器、纹波检测电路、超级源随器,其中,电阻型缓冲器接收低压差线性稳压器的误差放大器的误差输出信号,并将误差输出信号等幅度的传送到超级源随器的输入端;纹波检测电路将输入电源的变化通过第一电阻转换为第一电流,并将第一电流通过电流镜得到前馈电流,以将前馈电流耦接电阻型缓冲器的输出端以及超级源随器的输入端;超级源随器通过提高晶体管的等效跨导降低超级源随器的输出端的阻抗,并将超级源随器的输出端耦接LDO的功率管以驱动功率管。解决现有技术占用面积大、实际应用效果差、限制了功率管的尺寸的问题。
背景技术
输入电源纹波抑制即抑制输入电源的噪声,在低压差线性稳压器中,通常用电源抑制比PSR来衡量抑制能力的高低。电源抑制比定义为由输入电压变化引起的输出电压变化与输入电压变化的比值,即PSR=dVout/dVin,通常用dB作单位表示,即PSRdB =20log(dVout/dVin),该比值越小越好。PSR越小,表示低压差线性稳压器对输入电源噪声的抑制能力越强,电源噪声抑制性能越高,输出电压波动越小。 如图1所示,为低压差线性稳压器LDO的一种电路示意图,包括误差放大器EA,功率管M以及反馈网络,其可以利用闭环负反馈技术,通过反馈网络采集输出电压Vout上的信号,通过误差放大器EA处理,调节功率管M栅极电压,起到抑制输入电压Vin纹波噪声和负载变化对输出电压Vout的影响,稳定输出电压Vout的作用。从图1可以看到,LDO电路可以通过反馈网络抑制输入电源Vin的纹波,但是在实际的应用中,低压差线性稳压器LDO经常作为开关电源(例如BUCK、BOOST)电路的后级稳压器得到广泛应用,例如家用电器、移动通信设备等消费电子;服务器内存、电机驱动控制等工业电子;车载毫米波雷达,车载摄像头等汽车电子领域。因此,需要进一步的加强LDO的输入电压抑制能力,尤其是100kHz~5MHz频率段内的电源噪声抑制能力是非常有意义的。 针对低压差线性稳压器输入电源的噪声的5个途径:1)输入电源噪声传递到参考电压Vref,通过误差放大器及功率管影响输出电压;2)输入电源噪声通过误差放大器传递到功率管栅极,影响输出电压;3)输入电源噪声通过功率管的跨导,影响输出电压;4)输入电源噪声通过功率管的Rout,影响输出电压;5)输入电源噪声通过功率管栅极与源极以及栅极与漏极之间的电容影响输出电压;现有技术中的增强输入纹波抑制能力的实现方式包括很多种,包括在参考电压与误差放大器的输入之间串接截止频率很低的低通滤波器;提高低压差线性稳压器的环路带宽,通过整体环路的作用增强线性稳压器的输入电源纹波抑制性能;使用NMOS而不是PMOS作为功率管;在功率管与输出电压之间添加一个共源共栅器件;额外添加一个前馈纹波注入电路,使PMOS功率管源极和栅极电压差不随输入电压变化而变化,等。 其中,额外添加一个前馈纹波注入电路的方式应用更为广泛,并且其中的电流模式的前馈纹波注入技术由于结构简单比电压模式的前馈纹波注入技术更为常用。如图2所示,为现有的一种通过电流模式的前馈纹波注入增强LDO的输入电源抑制能力的示例性电路图,具体的工作原理为:通电阻RF、电容CF,以及运算放大器A1,使A点电压不随输入电源Vin变化而变化。当输入电源Vin变化时,M6的源极电压变化,栅极和漏极电压不变,使得输入电源Vin的变化通过M6的跨导转换为电流,流过M1。再通过M1、M2、M3、M4构成的电流镜得到前馈电流注入到M7的源极,也就是C点,使C点电压的变化幅度等于输入电源Vin的变化幅度,实现功率管M9的源极和栅极电压差不随输入电压Vin变化而变化。发明人在应用图2中的电流模式的前馈纹波注入方式时,发现至少存在以下问题:1)VBIAS电压需要不随输入电源Vin变化而变化,因此需要RF为大于100兆欧姆的大电阻,因此会占用很大的面积;2)M6与M7的匹配程度直接决定了该电路对电源纹波抑制能力的提升效果,M6与M7都是P型MOS管,在实际半导体工艺制造中匹配效果不好,因此会影响电路在实际应用中的效果;3)电路只能使用M7、M8构成的普通PMOS源随器去驱动后级的PMOS功率管M9的栅极,限制了PMOS功率管M9的尺寸,应用范围受限。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
王熠炜  黄锴  李甜  刘皓
技术所属: 芯洲科技(北京)股份有限公司
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